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  - Brückner, Michael
T1  - Prediction games : machine learning in the presence of an adversary
T1  - Prädiktionsspiele : maschinelles Lernen in Anwesenheit eines Gegners
N2  - In many applications one is faced with the problem of inferring some functional relation between input and output variables from given data. Consider, for instance, the task of email spam filtering where one seeks to find a model which automatically assigns new, previously unseen emails to class spam or non-spam. Building such a predictive model based on observed training inputs (e.g., emails) with corresponding outputs (e.g., spam labels) is a major goal of machine learning. Many learning methods assume that these training data are governed by the same distribution as the test data which the predictive model will be exposed to at application time. That assumption is violated when the test data are generated in response to the presence of a predictive model. This becomes apparent, for instance, in the above example of email spam filtering. Here, email service providers employ spam filters and spam senders engineer campaign templates such as to achieve a high rate of successful deliveries despite any filters. Most of the existing work casts such situations as learning robust models which are unsusceptible against small changes of the data generation process. The models are constructed under the worst-case assumption that these changes are performed such to produce the highest possible adverse effect on the performance of the predictive model. However, this approach is not capable to realistically model the true dependency between the model-building process and the process of generating future data. We therefore establish the concept of prediction games: We model the interaction between a learner, who builds the predictive model, and a data generator, who controls the process of data generation, as an one-shot game. The game-theoretic framework enables us to explicitly model the players' interests, their possible actions, their level of knowledge about each other, and the order at which they decide for an action. We model the players' interests as minimizing their own cost function which both depend on both players' actions. The learner's action is to choose the model parameters and the data generator's action is to perturbate the training data which reflects the modification of the data generation process with respect to the past data. We extensively study three instances of prediction games which differ regarding the order in which the players decide for their action. We first assume that both player choose their actions simultaneously, that is, without the knowledge of their opponent's decision. We identify conditions under which this Nash prediction game has a meaningful solution, that is, a unique Nash equilibrium, and derive algorithms that find the equilibrial prediction model. As a second case, we consider a data generator who is potentially fully informed about the move of the learner. This setting establishes a Stackelberg competition. We derive a relaxed optimization criterion to determine the solution of this game and show that this Stackelberg prediction game generalizes existing prediction models. Finally, we study the setting where the learner observes the data generator's action, that is, the (unlabeled) test data, before building the predictive model. As the test data and the training data may be governed by differing probability distributions, this scenario reduces to learning under covariate shift. We derive a new integrated as well as a two-stage method to account for this data set shift. In case studies on email spam filtering we empirically explore properties of all derived models as well as several existing baseline methods. We show that spam filters resulting from the Nash prediction game as well as the Stackelberg prediction game in the majority of cases outperform other existing baseline methods.
N2  - Eine der Aufgabenstellungen des Maschinellen Lernens ist die Konstruktion von Vorhersagemodellen basierend auf gegebenen Trainingsdaten. Ein solches Modell beschreibt den Zusammenhang zwischen einem Eingabedatum, wie beispielsweise einer E-Mail, und einer Zielgröße; zum Beispiel, ob die E-Mail durch den Empfänger als erwünscht oder unerwünscht empfunden wird. Dabei ist entscheidend, dass ein gelerntes Vorhersagemodell auch die Zielgrößen zuvor unbeobachteter Testdaten korrekt vorhersagt. Die Mehrzahl existierender Lernverfahren wurde unter der Annahme entwickelt, dass Trainings- und Testdaten derselben Wahrscheinlichkeitsverteilung unterliegen. Insbesondere in Fällen in welchen zukünftige Daten von der Wahl des Vorhersagemodells abhängen, ist diese Annahme jedoch verletzt. Ein Beispiel hierfür ist das automatische Filtern von Spam-E-Mails durch E-Mail-Anbieter. Diese konstruieren Spam-Filter basierend auf zuvor empfangenen E-Mails. Die Spam-Sender verändern daraufhin den Inhalt und die Gestaltung der zukünftigen Spam-E-Mails mit dem Ziel, dass diese durch die Filter möglichst nicht erkannt werden. Bisherige Arbeiten zu diesem Thema beschränken sich auf das Lernen robuster Vorhersagemodelle welche unempfindlich gegenüber geringen Veränderungen des datengenerierenden Prozesses sind. Die Modelle werden dabei unter der Worst-Case-Annahme konstruiert, dass diese Veränderungen einen maximal negativen Effekt auf die Vorhersagequalität des Modells haben. Diese Modellierung beschreibt die tatsächliche Wechselwirkung zwischen der Modellbildung und der Generierung zukünftiger Daten nur ungenügend. Aus diesem Grund führen wir in dieser Arbeit das Konzept der Prädiktionsspiele ein. Die Modellbildung wird dabei als mathematisches Spiel zwischen einer lernenden und einer datengenerierenden Instanz beschrieben. Die spieltheoretische Modellierung ermöglicht es uns, die Interaktion der beiden Parteien exakt zu beschreiben. Dies umfasst die jeweils verfolgten Ziele, ihre Handlungsmöglichkeiten, ihr Wissen übereinander und die zeitliche Reihenfolge, in der sie agieren. Insbesondere die Reihenfolge der Spielzüge hat einen entscheidenden Einfluss auf die spieltheoretisch optimale Lösung. Wir betrachten zunächst den Fall gleichzeitig agierender Spieler, in welchem sowohl der Lerner als auch der Datengenerierer keine Kenntnis über die Aktion des jeweils anderen Spielers haben. Wir leiten hinreichende Bedingungen her, unter welchen dieses Spiel eine Lösung in Form eines eindeutigen Nash-Gleichgewichts besitzt. Im Anschluss diskutieren wir zwei verschiedene Verfahren zur effizienten Berechnung dieses Gleichgewichts. Als zweites betrachten wir den Fall eines Stackelberg-Duopols. In diesem Prädiktionsspiel wählt der Lerner zunächst das Vorhersagemodell, woraufhin der Datengenerierer in voller Kenntnis des Modells reagiert. Wir leiten ein relaxiertes Optimierungsproblem zur Bestimmung des Stackelberg-Gleichgewichts her und stellen ein mögliches Lösungsverfahren vor. Darüber hinaus diskutieren wir, inwieweit das Stackelberg-Modell bestehende robuste Lernverfahren verallgemeinert. Abschließend untersuchen wir einen Lerner, der auf die Aktion des Datengenerierers, d.h. der Wahl der Testdaten, reagiert. In diesem Fall sind die Testdaten dem Lerner zum Zeitpunkt der Modellbildung bekannt und können in den Lernprozess einfließen. Allerdings unterliegen die Trainings- und Testdaten nicht notwendigerweise der gleichen Verteilung. Wir leiten daher ein neues integriertes sowie ein zweistufiges Lernverfahren her, welche diese Verteilungsverschiebung bei der Modellbildung berücksichtigen. In mehreren Fallstudien zur Klassifikation von Spam-E-Mails untersuchen wir alle hergeleiteten, sowie existierende Verfahren empirisch. Wir zeigen, dass die hergeleiteten spieltheoretisch-motivierten Lernverfahren in Summe signifikant bessere Spam-Filter erzeugen als alle betrachteten Referenzverfahren.
KW  - Prädiktionsspiel
KW  - Adversarial Learning
KW  - Angewandte Spieltheorie
KW  - Maschinelles Lernen
KW  - Spam-Filter
KW  - Prediction Game
KW  - Adversarial Learning
KW  - Applied Game Theory
KW  - Machine Learning
KW  - Spam Filtering
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-60375
SN  - 978-3-86956-203-2
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - 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  - THES
A1  - Böhm, Christoph
T1  - Enriching the Web of Data with topics and links
T1  - Anreicherung des Web of Data mit Themen und Verknüpfungen
N2  - This thesis presents novel ideas and research findings for the Web of Data – a global data space spanning many so-called Linked Open Data sources. Linked Open Data adheres to a set of simple principles to allow easy access and reuse for data published on the Web. Linked Open Data is by now an established concept and many (mostly academic) publishers adopted the principles building a powerful web of structured knowledge available to everybody. However, so far, Linked Open Data does not yet play a significant role among common web technologies that currently facilitate a high-standard Web experience. In this work, we thoroughly discuss the state-of-the-art for Linked Open Data and highlight several shortcomings – some of them we tackle in the main part of this work. First, we propose a novel type of data source meta-information, namely the topics of a dataset. This information could be published with dataset descriptions and support a variety of use cases, such as data source exploration and selection. For the topic retrieval, we present an approach coined Annotated Pattern Percolation (APP), which we evaluate with respect to topics extracted from Wikipedia portals. Second, we contribute to entity linking research by presenting an optimization model for joint entity linking, showing its hardness, and proposing three heuristics implemented in the LINked Data Alignment (LINDA) system. Our first solution can exploit multi-core machines, whereas the second and third approach are designed to run in a distributed shared-nothing environment. We discuss and evaluate the properties of our approaches leading to recommendations which algorithm to use in a specific scenario. The distributed algorithms are among the first of their kind, i.e., approaches for joint entity linking in a distributed fashion. Also, we illustrate that we can tackle the entity linking problem on the very large scale with data comprising more than 100 millions of entity representations from very many sources. Finally, we approach a sub-problem of entity linking, namely the alignment of concepts. We again target a method that looks at the data in its entirety and does not neglect existing relations. Also, this concept alignment method shall execute very fast to serve as a preprocessing for further computations. Our approach, called Holistic Concept Matching (HCM), achieves the required speed through grouping the input by comparing so-called knowledge representations. Within the groups, we perform complex similarity computations, relation conclusions, and detect semantic contradictions. The quality of our result is again evaluated on a large and heterogeneous dataset from the real Web. In summary, this work contributes a set of techniques for enhancing the current state of the Web of Data. All approaches have been tested on large and heterogeneous real-world input.
N2  - Die vorliegende Arbeit stellt neue Ideen sowie Forschungsergebnisse für das Web of Data vor. Hierbei handelt es sich um ein globales Netz aus sogenannten Linked Open Data (LOD) Quellen. Diese Datenquellen genügen gewissen Prinzipien, um Nutzern einen leichten Zugriff über das Internet und deren Verwendung zu ermöglichen. LOD ist bereits weit verbreitet und es existiert eine Vielzahl von Daten-Veröffentlichungen entsprechend der LOD Prinzipien. Trotz dessen ist LOD bisher kein fester Baustein des Webs des 21. Jahrhunderts. Die folgende Arbeit erläutert den aktuellen Stand der Forschung und Technik für Linked Open Data und identifiziert dessen Schwächen. Einigen Schwachstellen von LOD widmen wir uns in dem darauf folgenden Hauptteil. Zu Beginn stellen wir neuartige Metadaten für Datenquellen vor – die Themen von Datenquellen (engl. Topics). Solche Themen könnten mit Beschreibungen von Datenquellen veröffentlicht werden und eine Reihe von Anwendungsfällen, wie das Auffinden und Explorieren relevanter Daten, unterstützen. Wir diskutieren unseren Ansatz für die Extraktion dieser Metainformationen – die Annotated Pattern Percolation (APP). Experimentelle Ergebnisse werden mit Themen aus Wikipedia Portalen verglichen. Des Weiteren ergänzen wir den Stand der Forschung für das Auffinden verschiedener Repräsentationen eines Reale-Welt-Objektes (engl. Entity Linking). Für jenes Auffinden werden nicht nur lokale Entscheidungen getroffen, sondern es wird die Gesamtheit der Objektbeziehungen genutzt. Wir diskutieren unser Optimierungsmodel, beweisen dessen Schwere und präsentieren drei Ansätze zur Berechnung einer Lösung. Alle Ansätze wurden im LINked Data Alignment (LINDA) System implementiert. Die erste Methode arbeitet auf einer Maschine, kann jedoch Mehrkern-Prozessoren ausnutzen. Die weiteren Ansätze wurden für Rechnercluster ohne gemeinsamen Speicher entwickelt. Wir evaluieren unsere Ergebnisse auf mehr als 100 Millionen Entitäten und erläutern Vor- sowie Nachteile der jeweiligen Ansätze. Im verbleibenden Teil der Arbeit behandeln wir das Linking von Konzepten – ein Teilproblem des Entity Linking. Unser Ansatz, Holistic Concept Matching (HCM), betrachtet abermals die Gesamtheit der Daten. Wir gruppieren die Eingabe um eine geringe Laufzeit bei der Verarbeitung von mehreren Hunderttausenden Konzepten zu erreichen. Innerhalb der Gruppen berechnen wir komplexe Ähnlichkeiten, und spüren semantische Schlussfolgerungen und Widersprüche auf. Die Qualität des Ergebnisses evaluieren wir ebenfalls auf realen Datenmengen. Zusammenfassend trägt diese Arbeit zum aktuellen Stand der Forschung für das Web of Data bei. Alle diskutierten Techniken wurden mit realen, heterogenen und großen Datenmengen getestet.
KW  - Web of Data
KW  - graph clustering
KW  - topics
KW  - entity alignment
KW  - map/reduce
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-68624
ER  - 
TY  - THES
A1  - 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  - 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  - BOOK
A1  - Freischlad, Stefan
T1  - Entwicklung und Erprobung des Didaktischen Systems Internetworking im Informatikunterricht
N2  - Internetbasierte Informatiksysteme beeinflussen in steigendem Maße Situationen in unterschiedlichen Lebensbereichen. Kompetenzen zur Verwendung von Internetanwendungen und -diensten müssen explizit erworben werden, weil damit ein notwendiger Einblick in nicht beobachtbare Abläufe und nicht offen sichtbare Strukturen verbunden ist. Bisher gibt es Vorschläge für die Gestaltung schulischer Lehr-Lernprozesse zu ausgewählten Teilaspekten des Internets. Es fehlt eine systematische Analyse des Bildungsbedarfs und ein daraus resultierendes Unterrichtsmodell. In dieser Arbeit wird ein Gesamtkonzept für den Informatikunterricht in der Sekundarstufe II vorgestellt, das zu zielgerichteter und verantwortungsvoller Anwendung des Internets beiträgt. Die vorliegende Arbeit umfasst den Prozess von der Analyse erforderlicher Kompetenzen bis zur Realisierung von Lehr-Lernprozessen im Informatikunterricht in der Sekundarstufe II. Es werden der Beitrag der Informatik zu identifizierten Kompetenzen untersucht und Bildungsanforderungen bestimmt. Bildungsempfehlungen und Forschungsergebnisse zu erfolgreichen Unterrichtseinheiten werden im Hinblick auf die Bildungsziele analysiert. Der Informatikunterricht unterstützt die Kompetenzentwicklung zu internetbasierten digitalen Medien. Es wird die Entwicklung eines Unterrichtsmodells zu Internetworking beschrieben. Dazu wird der Ansatz der Didaktischen Systeme untersucht, weiter entwickelt und auf den Bereich Internetworking übertragen. Der theoretische Ansatz wird dazu in vier Unterrichtsprojekten zu Internetworking in der Praxis realisiert. Beziehungen zwischen Fachkonzepten zu Internetworking werden untersucht und durch Wissensstrukturen zur Planung von Unterrichtsprojekten eingesetzt und in der Praxis erprobt. Die Beschreibung von Lernaktivitäten erfolgt auf der Basis von Aufgabenklassen, die das notwendige Wissen zur Bearbeitung einer Aufgabenstellung repräsentieren. Auf der Grundlage des Ablaufs der Aufgabenbearbeitung werden Eigenschaften von Aufgaben beschrieben und zu deren Gestaltung nutzbar gemacht. Bisher nicht durchführbare Tätigkeiten im Unterricht werden durch die Entwicklung der Lernsoftware Filius ermöglicht. Die Reduktion der komplexen Wirklichkeit durch Simulation realer internetbasierter Informatiksysteme und die Auswahl geeigneter Sichten auf den Untersuchungsgegenstand werden mit Ergebnissen der Informatikdidaktik begründet. Unterrichtsprojekte zu den Zielen werden durchgeführt, um Lehr-Lernprozesse zu erkunden und das entwickelte Didaktische System zu erproben. Ausgehend von der theoretischen Fundierung erfolgt die praktische Realisierung von Lehr-Lernprozessen. Zur Erprobung im Informatikunterricht der Sekundarstufe II in Nordrhein-Westfalen werden Minimalziele aufgrund der Lehrvorgaben bestimmt. Die methodische Gestaltung in der Erprobung erfolgt unter Berücksichtigung der Vorgaben für den Informatikunterricht und allgemeinen Anforderungen der Fachdidaktik. Handlungsorientierte Unterrichtsmittel werden ausgewählt und in der Praxis zur Untersuchung der Lehr-Lernprozesse verwendet. Im Unterricht identifizierte Lernschwierigkeiten führen zur Modifikation der Wissensstrukturen und werden im Entwicklungsprozess von Filius berücksichtigt. Die Erkenntnisse aus Unterrichtsprojekten werden genutzt, um zu bestimmen, zu welchen Aufgabenklassen weitere Aufgaben erforderlich sind und inwieweit das aus den identifizierten Merkmalen abgeleitete Vorgehen zur Entwicklung niveaubestimmender Aufgaben genutzt werden kann. Die Erprobungen bestätigen die Tragfähigkeit des Didaktischen Systems Internetworking und leisten mit der Implementierung in der Praxis einen Beitrag zur Untersuchung von Kompetenzentwicklung im Informatikunterricht. Mit dem Didaktischen System Internetworking wird ein theoretisch fundiertes und empirisch erprobtes Unterrichtsmodell zur Entwicklung von Kompetenzen zur Einrichtung und Anwendung internetbasierter Informatiksysteme beschrieben.
N2  - Internet-based informatics systems increasingly influence real-life situations. Competencies for Internet applications and services have to be explicitly attained because not observable processes and invisible structures have to be considered. There are examples of successful learning processes for selected parts of the Internet. A systematic analysis of educational requirements and a derived didactic concept for general education is missing. An overall didactic concept for informatics in secondary education is presented in this work, which contributes to goal-oriented and responsible application of the Internet. This work comprises the process from analysis of necessary competencies to realisation of learning processes in classes in secondary education. The contribution of informatics to identified competencies is examined and educational requirements are determined. Recommendations for informatics education and research results of successfully introduced classes are analysed with regard to the learning objectives. Informatics courses support the development of competencies related to Internet-based digital media. The development of a didactic concept concerning Internetworking is described. The approach of Didactic Systems is examined, elaborated, and transferred to Internetworking. The theory-based approach is realised in practice during four classroom projects. Relations between concepts about Internetworking are analysed, applied to plan classroom projects, and evaluated by means of knowledge networks. Learning activities are described on the basis of exercise classes, which represent the necessary knowledge to solve an exercise. Properties of exercises are described and utilised. Learning activities that were not realizable up to this point are facilitated by the developed learning software Filius. The reduction of complexity of real informatics systems by simulation and the selection of appropriate views of the object of examination are based on results of didactics of informatics. Classroom projects are performed to explore learning processes and to evaluate the Didactic System Internetworking. Learning processes are put into practice based on the theoretic approach. Minimal objectives for the classroom projects are determined from educational guidelines of informatics in secondary education at North Rhine-Westfalia. The methodical design of the learning processes is based on the guidelines and general requirements of didactics of informatics. Activity-oriented learning material is selected and introduced into practice to examine learning processes. Identified learning difficulties result in modification of the knowledge structures and are considered during the development of Filius. Further findings allow conclusions regarding the necessity of exercises of identified exercise classes and regarding the applicability of determined exercise properties to design assignments to define the outcome of learning processes. The classroom projects confirm the viability of the Didactic System Internetworking and contribute to further analysis of the development of competencies in informatics education. The Didactic System Internetworking provides a theory-based empirically approved didactic concept for the development of competencies to establish and to use Internet-based informatics systems.
T3  - Commentarii informaticae didacticae (CID) - 3 
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-41851
SN  - 978-3-86956-058-8
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ishebabi, Harold
T1  - Architecture synthesis for adaptive multiprocessor systems on chip
T1  - Architektursynthese adaptiver On-Chip Multiprozessor-Systeme
N2  - This thesis presents methods for automated synthesis of flexible chip multiprocessor systems from parallel programs targeted at FPGAs to exploit both task-level parallelism and architecture customization. Automated synthesis is necessitated by the complexity of the design space. A detailed description of the design space is provided in order to determine which parameters should be modeled to facilitate automated synthesis by optimizing a cost function, the emphasis being placed on inclusive modeling of parameters from application, architectural and physical subspaces, as well as their joint coverage in order to avoid pre-constraining the design space. Given a parallel program and a set of an IP library, the automated synthesis problem is to simultaneously (i) select processors (ii) map and schedule tasks to them, and (iii) select one or several networks for inter-task communications such that design constraints and optimization objectives are met. The research objective in this thesis is to find a suitable model for automated synthesis, and to evaluate methods of using the model for architectural optimizations. Our contributions are a holistic approach for the design of such systems, corresponding models to facilitate automated synthesis, evaluation of optimization methods using state of the art integer linear and answer set programming, as well as the development of synthesis heuristics to solve runtime challenges.
N2  - Aktuelle Technologien erlauben es komplexe Multiprozessorsysteme auf einem Chip mit Milliarden von Transistoren zu realisieren. Der Entwurf solcher Systeme ist jedoch zeitaufwendig und schwierig. Diese Arbeit befasst sich mit der Frage, wie On-Chip Multiprozessorsysteme ausgehend von parallelen Programmen automatisch synthetisiert werden können. Die Implementierung der Multiprozessorsysteme auf rekonfigurierbaren Chips erlaubt es die gesamte Architektur an die Struktur eines vorliegenden parallelen Programms anzupassen. Auf diese Weise ist es möglich die aktuellen technologischen Unzulänglichkeiten zu umgehen, insbesondere die nicht weitersteigende Taktfrequenzen sowie den langsamen Zugriff auf Datenspeicher. Eine Automatisierung des Entwurfs von Multiprozessorsystemen ist notwendig, da der Entwurfsraum von Multiprozessorsystemen zu groß ist, um vom Menschen überschaut zu werden. In einem ersten Ansatz wurde das Syntheseproblem mittels linearer Gleichungen modelliert, die dann durch lineare Programmierungswerkzeuge gelöst werden können. Ausgehend von diesem Ansatz wurde untersucht, wie die typischerweise langen Rechenzeiten solcher Optimierungsmethoden durch neuere Methode aus dem Gebiet der Erfüllbarkeitsprobleme der Aussagenlogik minimiert werden können. Dabei wurde die Werkzeugskette Potassco verwendet, in der lineare Programme direkt in Logikprogramme übersetzt werden können. Es wurde gezeigt, dass dieser zweite Ansatz die Optimierungszeit um bis zu drei Größenordnungen beschleunigt. Allerdings lassen sich große Syntheseprobleme auf diese weise wegen Speicherbegrenzungen nicht lösen. Ein weiterer Ansatz zur schnellen automatischen Synthese bietet die Verwendung von Heuristiken. Es wurden im Rahmen diese Arbeit drei Heuristiken entwickelt, die die Struktur des vorliegenden Syntheseproblems ausnutzen, um die Optimierungszeit zu minimieren. Diese Heuristiken wurden unter Berücksichtigung theoretischer Ergebnisse entwickelt, deren Ursprung in der mathematische Struktur des Syntheseproblems liegt. Dadurch lassen sich optimale Architekturen in kurzer Zeit ermitteln. Die durch diese Dissertation offen gewordene Forschungsarbeiten sind u. a. die Berücksichtigung der zeitlichen Reihenfolge des Datenaustauschs zwischen parallelen Tasks, die Optimierung des logik-basierten Ansatzes, die Integration von Prozessor- und Netzwerksimulatoren zur funktionalen Verifikation synthetisierter Architekturen, sowie die Entwicklung geeigneter Architekturkomponenten.
KW  - Multiprozessor
KW  - rekonfigurierbar
KW  - Synthese
KW  - Parallelrechner
KW  - Exploration
KW  - Multiprocessor
KW  - Reconfigurable
KW  - High-Level Synthesis
KW  - Parallel Programming
KW  - Exploration
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-41316
ER  - 
TY  - THES
A1  - Harmeling, Stefan
T1  - Independent component analysis and beyond
N2  - 'Independent component analysis' (ICA) ist ein Werkzeug der statistischen Datenanalyse und Signalverarbeitung, welches multivariate Signale in ihre Quellkomponenten zerlegen kann. Obwohl das klassische ICA Modell sehr nützlich ist, gibt es viele Anwendungen, die Erweiterungen von ICA erfordern. In dieser Dissertation präsentieren wir neue Verfahren, die die Funktionalität von ICA erweitern: (1) Zuverlässigkeitsanalyse und Gruppierung von unabhängigen Komponenten durch Hinzufügen von Rauschen, (2) robuste und überbestimmte ('over-complete') ICA durch Ausreissererkennung, und (3) nichtlineare ICA mit Kernmethoden.
N2  - Independent component analysis (ICA) is a tool for statistical data analysis and signal processing that is able to decompose multivariate signals into their underlying source components. Although the classical ICA model is highly useful, there are many real-world applications that require powerful extensions of ICA. This thesis presents new methods that extend the functionality of ICA: (1) reliability and grouping of independent components with noise injection, (2) robust and overcomplete ICA with inlier detection, and (3) nonlinear ICA with kernel methods.
T2  - Independent component analysis and beyond
KW  - ICA
KW  - Zuverlässigkeitsanalyse
KW  - robuste ICA
KW  - überbestimmte ICA
KW  - Ausreissererkennung
KW  - nichtlineare ICA
KW  - Kern-PCA
KW  - Kernmethoden
KW  - ICA
KW  - reliability assessment
KW  - robust ICA
KW  - overcomplete ICA
KW  - outlier detection
KW  - nonlinear ICA
KW  - kernel PCA
KW  - kernel methods
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001540
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dietze, Stefan
T1  - Modell und Optimierungsansatz für Open Source Softwareentwicklungsprozesse
N2  - Gerade in den letzten Jahren erfuhr Open Source Software (OSS) eine zunehmende Verbreitung und Popularität und hat sich in verschiedenen Anwendungsdomänen etabliert. Die Prozesse, welche sich im Kontext der OSS-Entwicklung (auch: OSSD – Open Source Software-Development) evolutionär herausgebildet haben, weisen in den verschiedenen OSS-Entwicklungsprojekten z.T. ähnliche Eigenschaften und Strukturen auf und auch die involvierten Entitäten, wie z.B. Artefakte, Rollen oder Software-Werkzeuge sind weitgehend miteinander vergleichbar. Dies motiviert den Gedanken, ein verallgemeinerbares Modell zu entwickeln, welches die generalisierbaren Entwicklungsprozesse im Kontext von OSS zu einem übertragbaren Modell abstrahiert. Auch in der Wissenschaftsdisziplin des Software Engineering (SE) wurde bereits erkannt, dass sich der OSSD-Ansatz in verschiedenen Aspekten erheblich von klassischen (proprietären) Modellen des SE unterscheidet und daher diese Methoden einer eigenen wissenschaftlichen Betrachtung bedürfen. In verschiedenen Publikationen wurden zwar bereits einzelne Aspekte der OSS-Entwicklung analysiert und Theorien über die zugrundeliegenden Entwicklungsmethoden formuliert, aber es existiert noch keine umfassende Beschreibung der typischen Prozesse der OSSD-Methodik, die auf einer empirischen Untersuchung existierender OSS-Entwicklungsprojekte basiert. Da dies eine Voraussetzung für die weitere wissenschaftliche Auseinandersetzung mit OSSD-Prozessen darstellt, wird im Rahmen dieser Arbeit auf der Basis vergleichender Fallstudien ein deskriptives Modell der OSSD-Prozesse hergeleitet und mit Modellierungselementen der UML formalisiert beschrieben. Das Modell generalisiert die identifizierten Prozesse, Prozessentitäten und Software-Infrastrukturen der untersuchten OSSD-Projekte. Es basiert auf einem eigens entwickelten Metamodell, welches die zu analysierenden Entitäten identifiziert und die Modellierungssichten und -elemente beschreibt, die zur UML-basierten Beschreibung der Entwicklungsprozesse verwendet werden. In einem weiteren Arbeitsschritt wird eine weiterführende Analyse des identifizierten Modells durchgeführt, um Implikationen, und Optimierungspotentiale aufzuzeigen. Diese umfassen beispielsweise die ungenügende Plan- und Terminierbarkeit von Prozessen oder die beobachtete Tendenz von OSSD-Akteuren, verschiedene Aktivitäten mit unterschiedlicher Intensität entsprechend der subjektiv wahrgenommenen Anreize auszuüben, was zur Vernachlässigung einiger Prozesse führt. Anschließend werden Optimierungszielstellungen dargestellt, die diese Unzulänglichkeiten adressieren, und ein Optimierungsansatz zur Verbesserung des OSSD-Modells wird beschrieben. Dieser Ansatz umfasst die Erweiterung der identifizierten Rollen, die Einführung neuer oder die Erweiterung bereits identifizierter Prozesse und die Modifikation oder Erweiterung der Artefakte des generalisierten OSS-Entwicklungsmodells. Die vorgestellten Modellerweiterungen dienen vor allem einer gesteigerten Qualitätssicherung und der Kompensation von vernachlässigten Prozessen, um sowohl die entwickelte Software- als auch die Prozessqualität im OSSD-Kontext zu verbessern. Desweiteren werden Softwarefunktionalitäten beschrieben, welche die identifizierte bestehende Software-Infrastruktur erweitern und eine gesamtheitlichere, softwaretechnische Unterstützung der OSSD-Prozesse ermöglichen sollen. Abschließend werden verschiedene Anwendungsszenarien der Methoden des OSS-Entwicklungsmodells, u.a. auch im kommerziellen SE, identifiziert und ein Implementierungsansatz basierend auf der OSS GENESIS vorgestellt, der zur Implementierung und Unterstützung des OSSD-Modells verwendet werden kann.
N2  - In recent years Open Source Software (OSS) has become more widespread and its popularity has grown so that it is now established in various application domains. The processes which have emerged evolutionarily within the context of OSS development (OSSD – Open Source Software Development) display, to some extent, similar properties and structures in the various OSSD projects. The involved entities, e.g., artifacts, roles or software tools, are also widely comparable. This leads to the idea of developing a generalizable model which abstracts the generalizable development processes within the context of OSS to a transferable model. Even the scientific discipline of Software Engineering (SE) has recognized that the OSSD approach is, in various aspects, considerably different from traditional (proprietary) models of SE, and that these methods therefore require their own scientific consideration. Numerous publications have already analyzed individual aspects of OSSD and formulated theories about the fundamental development methods, but to date there is still no comprehensive description of the typical processes of OSSD methodology based on an empirical study of existing OSSD projects. Since this is a precondition for the further scientific examination of OSSD processes, a descriptive model of OSSD processes is obtained on the basis of comparative case studies and described in a formalized manner with UML modeling elements within the context of this dissertation. The model generalizes the identified processes, process entities and software infrastructures of the analyzed OSSD projects. It is based on a specially developed meta model which identifies the entities to be analyzed and describes the modeling viewpoints and elements which are used for the UML-based description of the development processes. Another procedure step includes the further analysis of the identified model in order to display the implications, and the potential for optimization. For example, these encompass the insufficient planning and scheduling capability of processes or the observed tendency of OSSD actors to carry out various activities at different intensities depending on the subjectively perceived incentives which leads to some processes being neglected. Subsequently, the optimization targets which address these inadequacies are displayed, and an optimization approach for the improvement of the OSSD model is described. The approach incorporates the expansion of the identified roles, the introduction of new or the expansion of already identified processes and the modification or expansion of artifacts of the generalized OSSD model. The presented model enhancements serve, above all, to increase quality assurance and to compensate neglected processes in order to improve developed software quality as well as process quality in the context of OSSD. Furthermore, software functionalities are described which expand the existing identified software infrastructure and should enable an overall, software-technical support of OSSD processes. Finally, the various application scenarios of OSSD model methods - also in commercial SE - are identified and an implementation approach based on the OSS GENESIS is presented which can be used to implement and support the OSSD model.
T2  - Modell und Optimierungsansatz für Open Source Softwareentwicklungsprozesse
KW  - Prozessmodell
KW  - Software Engineering
KW  - Open Source
KW  - Prozessmodellierung
KW  - Metamodell
KW  - Softwareentwicklung
KW  - Prozess Verbesserung
KW  - process model
KW  - software engineering
KW  - open source
KW  - process modelling
KW  - meta model
KW  - software development
KW  - process improvement
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001594
ER  - 
TY  - 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 <B>V</B> der Daten <B>X</B> zu finden, sodass die Komponenten Un der transformierten Daten <B>U</B> = <B> V X</B> (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 <Signalverarbeitung>
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  - Hagedorn, Benjamin
T1  - Konzepte und Techniken zur servicebasierten Visualisierung von geovirtuellen 3D-Umgebungen
Y1  - 2016
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  - 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  - 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  - 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  - 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  - THES
A1  - Mühlbauer, Felix
T1  - Entwurf, Methoden und Werkzeuge für komplexe Bildverarbeitungssysteme auf Rekonfigurierbaren System-on-Chip-Architekturen
T1  - Design, methodologies and tools for complex image processing systems on reconfigurable system-on-chip-architectures
N2  - Bildverarbeitungsanwendungen stellen besondere Ansprüche an das ausführende Rechensystem. Einerseits ist eine hohe Rechenleistung erforderlich. Andererseits ist eine hohe Flexibilität von Vorteil, da die Entwicklung tendentiell ein experimenteller und interaktiver Prozess ist. Für neue Anwendungen tendieren Entwickler dazu, eine Rechenarchitektur zu wählen, die sie gut kennen, anstatt eine Architektur einzusetzen, die am besten zur Anwendung passt. Bildverarbeitungsalgorithmen sind inhärent parallel, doch herkömmliche bildverarbeitende eingebettete Systeme basieren meist auf sequentiell arbeitenden Prozessoren. Im Gegensatz zu dieser "Unstimmigkeit" können hocheffiziente Systeme aus einer gezielten Synergie aus Software- und Hardwarekomponenten aufgebaut werden. Die Konstruktion solcher System ist jedoch komplex und viele Lösungen, wie zum Beispiel grobgranulare Architekturen oder anwendungsspezifische Programmiersprachen, sind oft zu akademisch für einen Einsatz in der Wirtschaft. Die vorliegende Arbeit soll ein Beitrag dazu leisten, die Komplexität von Hardware-Software-Systemen zu reduzieren und damit die Entwicklung hochperformanter on-Chip-Systeme im Bereich Bildverarbeitung zu vereinfachen und wirtschaftlicher zu machen. Dabei wurde Wert darauf gelegt, den Aufwand für Einarbeitung, Entwicklung als auch Erweiterungen gering zu halten. Es wurde ein Entwurfsfluss konzipiert und umgesetzt, welcher es dem Softwareentwickler ermöglicht, Berechnungen durch Hardwarekomponenten zu beschleunigen und das zu Grunde liegende eingebettete System komplett zu prototypisieren. Hierbei werden komplexe Bildverarbeitungsanwendungen betrachtet, welche ein Betriebssystem erfordern, wie zum Beispiel verteilte Kamerasensornetzwerke. Die eingesetzte Software basiert auf Linux und der Bildverarbeitungsbibliothek OpenCV. Die Verteilung der Berechnungen auf Software- und Hardwarekomponenten und die daraus resultierende Ablaufplanung und Generierung der Rechenarchitektur erfolgt automatisch. Mittels einer auf der Antwortmengenprogrammierung basierten Entwurfsraumexploration ergeben sich Vorteile bei der Modellierung und Erweiterung. Die Systemsoftware wird mit OpenEmbedded/Bitbake synthetisiert und die erzeugten on-Chip-Architekturen auf FPGAs realisiert.
N2  - Image processing applications have special requirements to the executing computational system. On the one hand a high computational power is necessary. On the other hand a high flexibility is an advantage because the development tends to be an experimental and interactive process. For new applications the developer tend to choose a computational architecture which they know well instead of using that one which fits best to the application. Image processing algorithms are inherently parallel while common image processing systems are mostly based on sequentially operating processors. In contrast to this "mismatch", highly efficient systems can be setup of a directed synergy of software and hardware components. However, the construction of such systems is complex and lots of solutions, like gross-grained architectures or application specific programming languages, are often too academic for the usage in commerce. The present work should contribute to reduce the complexity of hardware-software-systems and thus increase the economy of and simplify the development of high-performance on-chip systems in the domain of image processing. In doing so, a value was set on keeping the effort low on making familiar to the topic, on development and also extensions. A design flow was developed and implemented which allows the software developer to accelerate calculations with hardware components and to prototype the whole embedded system. Here complex image processing systems, like distributed camera sensor networks, are examined which need an operating system. The used software is based upon Linux and the image processing library OpenCV. The distribution of the calculations to software and hardware components and the resulting scheduling and generation of architectures is done automatically. The design space exploration is based on answer set programming which involves advantages for modelling in terms of simplicity and extensions. The software is synthesized with the help of OpenEmbedded/Bitbake and the generated on-chip architectures are implemented on FPGAs.
KW  - Bildverarbeitung
KW  - FPGA
KW  - on-chip
KW  - Entwurfsraumexploration
KW  - Hardware-Software-Co-Design
KW  - Antwortmengenprogrammierung
KW  - image processing
KW  - FPGA
KW  - on-chip
KW  - design space exploration
KW  - hardware-software-codesign
KW  - answer set programming
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59923
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Bordihn, Henning
A1  - Vaszil, György
T1  - Deterministic Lindenmayer systems with dynamic control of parallelism
JF  - International journal of foundations of computer science
N2  - M-rate 0L systems are interactionless Lindenmayer systems together with a function assigning to every string a set of multisets of productions that may be applied simultaneously to the string. Some questions that have been left open in the forerunner papers are examined, and the computational power of deterministic M-rate 0L systems is investigated, where also tabled and extended variants are taken into consideration.
KW  - parallel rewriting
KW  - Lindenmayer systems
KW  - restricted parallelism
KW  - determinism
KW  - developmental systems
KW  - formal languages
Y1  - 2019
U6  - https://doi.org/10.1142/S0129054120400031
SN  - 0129-0541
SN  - 1793-6373
VL  - 31
IS  - 1
SP  - 37
EP  - 51
PB  - World Scientific
CY  - Singapore
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kirsch, Florian
T1  - Entwurf und Implementierung eines computergraphischen Systems zur Integration komplexer, echtzeitfähiger 3D-Renderingverfahren
T1  - Design and implementation of a graphics system to integrate complex, real-time capable 3D rendering algorithms
N2  - Thema dieser Arbeit sind echtzeitfähige 3D-Renderingverfahren, die 3D-Geometrie mit über der Standarddarstellung hinausgehenden Qualitäts- und Gestaltungsmerkmalen rendern können. Beispiele sind Verfahren zur Darstellung von Schatten, Reflexionen oder Transparenz. Mit heutigen computergraphischen Software-Basissystemen ist ihre Integration in 3D-Anwendungssysteme sehr aufwändig: Dies liegt einerseits an der technischen, algorithmischen Komplexität der Einzelverfahren, andererseits an Ressourcenkonflikten und Seiteneffekten bei der Kombination mehrerer Verfahren. Szenengraphsysteme, intendiert als computergraphische Softwareschicht zur Abstraktion von der Graphikhardware, stellen derzeit keine Mechanismen zur Nutzung dieser Renderingverfahren zur Verfügung. Ziel dieser Arbeit ist es, eine Software-Architektur für ein Szenengraphsystem zu konzipieren und umzusetzen, die echtzeitfähige 3D-Renderingverfahren als Komponenten modelliert und es damit erlaubt, diese Verfahren innerhalb des Szenengraphsystems für die Anwendungsentwicklung effektiv zu nutzen. Ein Entwickler, der ein solches Szenengraphsystem nutzt, steuert diese Komponenten durch Elemente in der Szenenbeschreibung an, die die sichtbare Wirkung eines Renderingverfahrens auf die Geometrie in der Szene angeben, aber keine Hinweise auf die algorithmische Implementierung des Verfahrens enthalten. Damit werden Renderingverfahren in 3D-Anwendungssystemen nutzbar, ohne dass ein Entwickler detaillierte Kenntnisse über sie benötigt, so dass der Aufwand für ihre Entwicklung drastisch reduziert wird. Ein besonderer Augenmerk der Arbeit liegt darauf, auf diese Weise auch verschiedene Renderingverfahren in einer Szene kombiniert einsetzen zu können. Hierzu ist eine Unterteilung der Renderingverfahren in mehrere Kategorien erforderlich, die mit Hilfe unterschiedlicher Ansätze ausgewertet werden. Dies erlaubt die Abstimmung verschiedener Komponenten für Renderingverfahren und ihrer verwendeten Ressourcen. Die Zusammenarbeit mehrerer Renderingverfahren hat dort ihre Grenzen, wo die Kombination von Renderingverfahren graphisch nicht sinnvoll ist oder fundamentale technische Beschränkungen der Verfahren eine gleichzeitige Verwendung unmöglich machen. Die in dieser Arbeit vorgestellte Software-Architektur kann diese Grenzen nicht verschieben, aber sie ermöglicht den gleichzeitigen Einsatz vieler Verfahren, bei denen eine Kombination aufgrund der hohen Komplexität der Implementierung bislang nicht erreicht wurde. Das Vermögen zur Zusammenarbeit ist dabei allerdings von der Art eines Einzelverfahrens abhängig: Verfahren zur Darstellung transparenter Geometrie beispielsweise erfordern bei der Kombination mit anderen Verfahren in der Regel vollständig neuentwickelte Renderingverfahren; entsprechende Komponenten für das Szenengraphsystem können daher nur eingeschränkt mit Komponenten für andere Renderingverfahren verwendet werden. Das in dieser Arbeit entwickelte System integriert und kombiniert Verfahren zur Darstellung von Bumpmapping, verschiedene Schatten- und Reflexionsverfahren sowie bildbasiertes CSG-Rendering. Damit stehen wesentliche Renderingverfahren in einem Szenengraphsystem erstmalig komponentenbasiert und auf einem hohen Abstraktionsniveau zur Verfügung. Das System ist trotz des zusätzlichen Verwaltungsaufwandes in der Lage, die Renderingverfahren einzeln und in Kombination grundsätzlich in Echtzeit auszuführen.
N2  - This thesis is about real-time rendering algorithms that can render 3D-geometry with quality and design features beyond standard display. Examples include algorithms to render shadows, reflections, or transparency. Integrating these algorithms into 3D-applications using today’s rendering libraries for real-time computer graphics is exceedingly difficult: On the one hand, the rendering algorithms are technically and algorithmically complicated for their own, on the other hand, combining several algorithms causes resource conflicts and side effects that are very difficult to handle. Scene graph libraries, which intend to provide a software layer to abstract from computer graphics hardware, currently offer no mechanisms for using these rendering algorithms, either. The objective of this thesis is to design and to implement a software architecture for a scene graph library that models real-time rendering algorithms as software components allowing an effective usage of these algorithms for 3D-application development within the scene graph library. An application developer using the scene graph library controls these components with elements in a scene description that describe the effect of a rendering algorithm for some geometry in the scene graph, but that do not contain hints about the actual implementation of the rendering algorithm. This allows for deploying rendering algorithms in 3D-applications even for application developers that do not have detailed knowledge about them. In this way, the complexity of development of rendering algorithms can be drastically reduced. In particular, the thesis focuses on the feasibility of combining several rendering algorithms within a scene at the same time. This requires to classify rendering algorithms into different categories, which are, each, evaluated using different approaches. In this way, components for different rendering algorithms can collaborate and adjust their usage of common graphics resources. The possibility of combining different rendering algorithms can be limited in several ways: The graphical result of the combination can be undefined, or fundamental technical restrictions can render it impossible to use two rendering algorithms at the same time. The software architecture described in this work is not able to remove these limitations, but it allows to combine a lot of different rendering algorithms that, until now, could not be combined due to the high complexities of the required implementation. The capability of collaboration, however, depends on the kind of rendering algorithm: For instance, algorithms for rendering transparent geometry can be combined with other algorithms only with a complete redesign of the algorithm. Therefore, components in the scene graph library for displaying transparency can be combined with components for other rendering algorithms in a limited way only. The system developed in this work integrates and combines algorithms for displaying bump mapping, several variants of shadow and reflection algorithms, and image-based CSG algorithms. Hence, major rendering algorithms are available for the first time in a scene graph library as components with high abstraction level. Despite the required additional indirections and abstraction layers, the system, in principle, allows for using and combining the rendering algorithms in real-time.
KW  - Dreidimensionale Computergraphik
KW  - Rendering
KW  - Softwarearchitektur
KW  - Szenengraph
KW  - Constructive solid geometry
KW  - 3D computer graphics
KW  - Rendering
KW  - Software architecture
KW  - Scene graph systems
KW  - Constructive solid geometry
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6079
ER  - 
TY  - THES
A1  - Buchholz, Henrik
T1  - Real-time visualization of 3D city models
T1  - Echtzeit-Visualisierung von 3D-Stadtmodellen
N2  - An increasing number of applications requires user interfaces that facilitate the handling of large geodata sets. Using virtual 3D city models, complex geospatial information can be communicated visually in an intuitive way. Therefore, real-time visualization of virtual 3D city models represents a key functionality for interactive exploration, presentation, analysis, and manipulation of geospatial data. This thesis concentrates on the development and implementation of concepts and techniques for real-time city model visualization. It discusses rendering algorithms as well as complementary modeling concepts and interaction techniques. Particularly, the work introduces a new real-time rendering technique to handle city models of high complexity concerning texture size and number of textures. Such models are difficult to handle by current technology, primarily due to two problems: - Limited texture memory: The amount of simultaneously usable texture data is limited by the memory of the graphics hardware. - Limited number of textures: Using several thousand different textures simultaneously causes significant performance problems due to texture switch operations during rendering. The multiresolution texture atlases approach, introduced in this thesis, overcomes both problems. During rendering, it permanently maintains a small set of textures that are sufficient for the current view and the screen resolution available. The efficiency of multiresolution texture atlases is evaluated in performance tests. To summarize, the results demonstrate that the following goals have been achieved: - Real-time rendering becomes possible for 3D scenes whose amount of texture data exceeds the main memory capacity. - Overhead due to texture switches is kept permanently low, so that the number of different textures has no significant effect on the rendering frame rate. Furthermore, this thesis introduces two new approaches for real-time city model visualization that use textures as core visualization elements: - An approach for visualization of thematic information. - An approach for illustrative visualization of 3D city models. Both techniques demonstrate that multiresolution texture atlases provide a basic functionality for the development of new applications and systems in the domain of city model visualization.
N2  - Eine zunehmende Anzahl von Anwendungen benötigt Benutzungsschnittstellen, um den Umgang mit großen Geodatenmengen zu ermöglichen. Virtuelle 3D-Stadtmodelle bieten eine Möglichkeit, komplexe raumbezogene Informationen auf intuitive Art und Weise visuell erfassbar zu machen. Echtzeit-Visualisierung virtueller Stadtmodelle bildet daher eine Grundlage für die interaktive Exploration, Präsentation, Analyse und Bearbeitung raumbezogener Daten. Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Implementierung von Konzepten und Techniken für die Echtzeit-Visualisierung virtueller 3D-Stadtmodelle. Diese umfassen sowohl Rendering-Algorithmen als auch dazu komplementäre Modellierungskonzepte und Interaktionstechniken. Insbesondere wird in dieser Arbeit eine neue Echtzeit-Rendering-Technik für Stadtmodelle hoher Komplexität hinsichtlich Texturgröße und Texturanzahl vorgestellt. Solche Modelle sind durch die derzeit zur Verfügung stehende Technologie schwierig zu bewältigen, vor allem aus zwei Gründen: - Begrenzter Textur-Speicher: Die Menge an gleichzeitig nutzbaren Texturdaten ist beschränkt durch den Speicher der Grafik-Hardware. - Begrenzte Textur-Anzahl: Die gleichzeitige Verwendung mehrerer tausend Texturen verursacht erhebliche Performance-Probleme aufgrund von Textur-Umschaltungs-Operationen während des Renderings. Das in dieser Arbeit vorgestellte Verfahren, das Rendering mit Multiresolutions-Texturatlanten löst beide Probleme. Während der Darstellung wird dazu permanent eine kleine Textur-Menge verwaltet, die für die aktuelle Sichtperspektive und die zur Verfügung stehende Bildschirmauflösung hinreichend ist. Die Effizienz des Verfahrens wird in Performance-Tests untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die folgenden Ziele erreicht werden: - Echtzeit-Darstellung wird für Modelle möglich, deren Texturdaten-Menge die Kapazität des Hauptspeichers übersteigt. - Der Overhead durch Textur-Umschaltungs-Operationen wird permanent niedrig gehalten, so dass die Anzahl der unterschiedlichen Texturen keinen wesentlichen Einfluss auf die Bildrate der Darstellung hat. Die Arbeit stellt außerdem zwei neue Ansätze zur 3D-Stadtmodell-Visualisierung vor, in denen Texturen als zentrale Visualisierungselemente eingesetzt werden: - Ein Verfahren zur Visualisierung thematischer Informationen. - Ein Verfahren zur illustrativen Visualisierung von 3D-Stadtmodellen. Beide Ansätze zeigen, dass Rendering mit Multiresolutions-Texturatlanten eine Grundlage für die Entwicklung neuer Anwendungen und Systeme im Bereich der 3D-Stadtmodell-Visualisierung bietet.
KW  - Computergrafik
KW  - Geovisualisierung
KW  - 3D-Stadtmodelle
KW  - Texturen
KW  - computer graphics
KW  - geovisualization
KW  - 3d city models
KW  - textures
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-13337
ER  - 
TY  - THES
A1  - Trapp, Matthias
T1  - Interactive rendering techniques for focus+context visualization of 3D geovirtual environments
T1  - Interaktive Rendering-Techniken für die Fokus-&-Kontext-Visualisierung von geovirtuellen 3D-Umgebungen
N2  - This thesis introduces a collection of new real-time rendering techniques and applications for focus+context visualization of interactive 3D geovirtual environments such as virtual 3D city and landscape models. These environments are generally characterized by a large number of objects and are of high complexity with respect to geometry and textures. For these reasons, their interactive 3D rendering represents a major challenge. Their 3D depiction implies a number of weaknesses such as occlusions, cluttered image contents, and partial screen-space usage. To overcome these limitations and, thus, to facilitate the effective communication of geo-information, principles of focus+context visualization can be used for the design of real-time 3D rendering techniques for 3D geovirtual environments (see Figure). In general, detailed views of a 3D geovirtual environment are combined seamlessly with abstracted views of the context within a single image. To perform the real-time image synthesis required for interactive visualization, dedicated parallel processors (GPUs) for rasterization of computer graphics primitives are used. For this purpose, the design and implementation of appropriate data structures and rendering pipelines are necessary. The contribution of this work comprises the following five real-time rendering methods: • The rendering technique for 3D generalization lenses enables the combination of different 3D city geometries (e.g., generalized versions of a 3D city model) in a single image in real time. The method is based on a generalized and fragment-precise clipping approach, which uses a compressible, raster-based data structure. It enables the combination of detailed views in the focus area with the representation of abstracted variants in the context area. • The rendering technique for the interactive visualization of dynamic raster data in 3D geovirtual environments facilitates the rendering of 2D surface lenses. It enables a flexible combination of different raster layers (e.g., aerial images or videos) using projective texturing for decoupling image and geometry data. Thus, various overlapping and nested 2D surface lenses of different contents can be visualized interactively. • The interactive rendering technique for image-based deformation of 3D geovirtual environments enables the real-time image synthesis of non-planar projections, such as cylindrical and spherical projections, as well as multi-focal 3D fisheye-lenses and the combination of planar and non-planar projections. • The rendering technique for view-dependent multi-perspective views of 3D geovirtual environments, based on the application of global deformations to the 3D scene geometry, can be used for synthesizing interactive panorama maps to combine detailed views close to the camera (focus) with abstract views in the background (context). This approach reduces occlusions, increases the usage the available screen space, and reduces the overload of image contents. • The object-based and image-based rendering techniques for highlighting objects and focus areas inside and outside the view frustum facilitate preattentive perception. The concepts and implementations of interactive image synthesis for focus+context visualization and their selected applications enable a more effective communication of spatial information, and provide building blocks for design and development of new applications and systems in the field of 3D geovirtual environments.
N2  - Die Darstellung immer komplexerer raumbezogener Information durch Geovisualisierung stellt die existierenden Technologien und den Menschen ständig vor neue Herausforderungen. In dieser Arbeit werden fünf neue, echtzeitfähige Renderingverfahren und darauf basierende Anwendungen für die Fokus-&-Kontext-Visualisierung von interaktiven geovirtuellen 3D-Umgebungen – wie virtuelle 3D-Stadt- und Landschaftsmodelle – vorgestellt. Die große Menge verschiedener darzustellender raumbezogener Information in 3D-Umgebungen führt oft zu einer hohen Anzahl unterschiedlicher Objekte und somit zu einer hohen Geometrie- und Texturkomplexität. In der Folge verlieren 3D-Darstellungen durch Verdeckungen, überladene Bildinhalte und eine geringe Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bildraumes an Informationswert. Um diese Beschränkungen zu kompensieren und somit die Kommunikation raumbezogener Information zu verbessern, kann das Prinzip der Fokus-&-Kontext-Visualisierung angewendet werden. Hierbei wird die für den Nutzer wesentliche Information als detaillierte Ansicht im Fokus mit abstrahierter Kontextinformation nahtlos miteinander kombiniert. Um das für die interaktive Visualisierung notwendige Echtzeit-Rendering durchzuführen, können spezialisierte Parallelprozessoren für die Rasterisierung von computergraphischen Primitiven (GPUs) verwendet werden. Dazu ist die Konzeption und Implementierung von geeigneten Datenstrukturen und Rendering-Pipelines notwendig. Der Beitrag dieser Arbeit umfasst die folgenden fünf Renderingverfahren. • Das Renderingverfahren für interaktive 3D-Generalisierungslinsen: Hierbei wird die Kombination unterschiedlicher 3D-Szenengeometrien, z. B. generalisierte Varianten eines 3DStadtmodells, in einem Bild ermöglicht. Das Verfahren basiert auf einem generalisierten Clipping-Ansatz, der es erlaubt, unter Verwendung einer komprimierbaren, rasterbasierten Datenstruktur beliebige Bereiche einer 3D-Szene freizustellen bzw. zu kappen. Somit lässt sich eine Kombination von detaillierten Ansichten im Fokusbereich mit der Darstellung einer abstrahierten Variante im Kontextbereich implementieren. • Das Renderingverfahren zur Visualisierung von dynamischen Raster-Daten in geovirtuellen 3D-Umgebungen zur Darstellung von 2D-Oberflächenlinsen: Die Verwendung von projektiven Texturen zur Entkoppelung von Bild- und Geometriedaten ermöglicht eine flexible Kombination verschiedener Rasterebenen (z.B. Luftbilder oder Videos). Somit können verschiedene überlappende sowie verschachtelte 2D-Oberflächenlinsen mit unterschiedlichen Dateninhalten interaktiv visualisiert werden. • Das Renderingverfahren zur bildbasierten Deformation von geovirtuellen 3D-Umgebungen: Neben der interaktiven Bildsynthese von nicht-planaren Projektionen, wie beispielsweise zylindrischen oder sphärischen Panoramen, lassen sich mit diesem Verfahren multifokale 3D-Fischaugen-Linsen erzeugen sowie planare und nicht-planare Projektionen miteinander kombinieren. • Das Renderingverfahren für die Generierung von sichtabhängigen multiperspektivischen Ansichten von geovirtuellen 3D-Umgebungen: Das Verfahren basiert auf globalen Deformationen der 3D-Szenengeometrie und kann zur Erstellung von interaktiven 3D-Panoramakarten verwendet werden, welche beispielsweise detaillierte Absichten nahe der virtuellen Kamera (Fokus) mit abstrakten Ansichten im Hintergrund (Kontext) kombinieren. Dieser Ansatz reduziert Verdeckungen, nutzt den zur Verfügung stehenden Bildraum in verbesserter Weise aus und reduziert das Überladen von Bildinhalten. • Objekt-und bildbasierte Renderingverfahren für die Hervorhebung von Fokus-Objekten und Fokus-Bereichen innerhalb und außerhalb des sichtbaren Bildausschnitts, um die präattentive Wahrnehmung eines Benutzers besser zu unterstützen. Die in dieser Arbeit vorgestellten Konzepte, Entwürfe und Implementierungen von interaktiven Renderingverfahren zur Fokus-&-Kontext-Visualisierung sowie deren ausgewählte Anwendungen ermöglichen eine effektivere Kommunikation raumbezogener Information und repräsentieren softwaretechnische Bausteine für die Entwicklung neuer Anwendungen und Systeme im Bereich der geovirtuellen 3D-Umgebungen.
KW  - 3D Computer Grafik
KW  - Interaktives Rendering
KW  - Fokus-&-Kontext Visualisierung
KW  - 3D Computer Graphics
KW  - Interactive Rendering
KW  - Focus+Context Visualization
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-66824
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bickel, Steffen
T1  - Learning under differing training and test distributions
T1  - Lernen mit unterschiedlichen Trainings- und Testverteilungen
N2  - One of the main problems in machine learning is to train a predictive model from training data and to make predictions on test data. Most predictive models are constructed under the assumption that the training data is governed by the exact same distribution which the model will later be exposed to. In practice, control over the data collection process is often imperfect. A typical scenario is when labels are collected by questionnaires and one does not have access to the test population. For example, parts of the test population are underrepresented in the survey, out of reach, or do not return the questionnaire. In many applications training data from the test distribution are scarce because they are difficult to obtain or very expensive. Data from auxiliary sources drawn from similar distributions are often cheaply available. This thesis centers around learning under differing training and test distributions and covers several problem settings with different assumptions on the relationship between training and test distributions-including multi-task learning and learning under covariate shift and sample selection bias. Several new models are derived that directly characterize the divergence between training and test distributions, without the intermediate step of estimating training and test distributions separately. The integral part of these models are rescaling weights that match the rescaled or resampled training distribution to the test distribution. Integrated models are studied where only one optimization problem needs to be solved for learning under differing distributions. With a two-step approximation to the integrated models almost any supervised learning algorithm can be adopted to biased training data. In case studies on spam filtering, HIV therapy screening, targeted advertising, and other applications the performance of the new models is compared to state-of-the-art reference methods.
N2  - Eines der wichtigsten Probleme im Maschinellen Lernen ist das Trainieren von Vorhersagemodellen aus Trainingsdaten und das Ableiten von Vorhersagen für Testdaten. Vorhersagemodelle basieren üblicherweise auf der Annahme, dass Trainingsdaten aus der gleichen Verteilung gezogen werden wie Testdaten. In der Praxis ist diese Annahme oft nicht erfüllt, zum Beispiel, wenn Trainingsdaten durch Fragebögen gesammelt werden. Hier steht meist nur eine verzerrte Zielpopulation zur Verfügung, denn Teile der Population können unterrepräsentiert sein, nicht erreichbar sein, oder ignorieren die Aufforderung zum Ausfüllen des Fragebogens. In vielen Anwendungen stehen nur sehr wenige Trainingsdaten aus der Testverteilung zur Verfügung, weil solche Daten teuer oder aufwändig zu sammeln sind. Daten aus alternativen Quellen, die aus ähnlichen Verteilungen gezogen werden, sind oft viel einfacher und günstiger zu beschaffen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Lernen von Vorhersagemodellen aus Trainingsdaten, deren Verteilung sich von der Testverteilung unterscheidet. Es werden verschiedene Problemstellungen behandelt, die von unterschiedlichen Annahmen über die Beziehung zwischen Trainings- und Testverteilung ausgehen. Darunter fallen auch Multi-Task-Lernen und Lernen unter Covariate Shift und Sample Selection Bias. Es werden mehrere neue Modelle hergeleitet, die direkt den Unterschied zwischen Trainings- und Testverteilung charakterisieren, ohne dass eine einzelne Schätzung der Verteilungen nötig ist. Zentrale Bestandteile der Modelle sind Gewichtungsfaktoren, mit denen die Trainingsverteilung durch Umgewichtung auf die Testverteilung abgebildet wird. Es werden kombinierte Modelle zum Lernen mit verschiedenen Trainings- und Testverteilungen untersucht, für deren Schätzung nur ein einziges Optimierungsproblem gelöst werden muss. Die kombinierten Modelle können mit zwei Optimierungsschritten approximiert werden und dadurch kann fast jedes gängige Vorhersagemodell so erweitert werden, dass verzerrte Trainingsverteilungen korrigiert werden. In Fallstudien zu Email-Spam-Filterung, HIV-Therapieempfehlung, Zielgruppenmarketing und anderen Anwendungen werden die neuen Modelle mit Referenzmethoden verglichen.
KW  - Maschinelles Lernen
KW  - Verteilungsunterschied
KW  - Selektionsbias
KW  - Multi-Task-Lernen
KW  - Machine Learning
KW  - Covariate Shift
KW  - Sample Selection Bias
KW  - Multi Task Learning
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-33331
ER  - 
TY  - THES
A1  - Awad, Ahmed Mahmoud Hany Aly
T1  - A compliance management framework for business process models
T1  - Ein Compliance-Management-Framework für Geschäftsprozessmodelle
N2  - Companies develop process models to explicitly describe their business operations. In the same time, business operations, business processes, must adhere to various types of compliance requirements. Regulations, e.g., Sarbanes Oxley Act of 2002, internal policies, best practices are just a few sources of compliance requirements. In some cases, non-adherence to compliance requirements makes the organization subject to legal punishment. In other cases, non-adherence to compliance leads to loss of competitive advantage and thus loss of market share. Unlike the classical domain-independent behavioral correctness of business processes, compliance requirements are domain-specific. Moreover, compliance requirements change over time. New requirements might appear due to change in laws and adoption of new policies. Compliance requirements are offered or enforced by different entities that have different objectives behind these requirements. Finally, compliance requirements might affect different aspects of business processes, e.g., control flow and data flow. As a result, it is infeasible to hard-code compliance checks in tools. Rather, a repeatable process of modeling compliance rules and checking them against business processes automatically is needed. This thesis provides a formal approach to support process design-time compliance checking. Using visual patterns, it is possible to model compliance requirements concerning control flow, data flow and conditional flow rules. Each pattern is mapped into a temporal logic formula. The thesis addresses the problem of consistency checking among various compliance requirements, as they might stem from divergent sources. Also, the thesis contributes to automatically check compliance requirements against process models using model checking. We show that extra domain knowledge, other than expressed in compliance rules, is needed to reach correct decisions. In case of violations, we are able to provide a useful feedback to the user. The feedback is in the form of parts of the process model whose execution causes the violation. In some cases, our approach is capable of providing automated remedy of the violation.
N2  - Firmen entwickeln Prozessmodelle um ihre Geschäftstätigkeit explizit zu beschreiben. Geschäftsprozesse müssen verschiedene Arten von Compliance-Anforderungen einhalten. Solche Compliance-Anforderungen entstammen einer Vielzahl von Quellen, z.B. Verordnung wie dem Sarbanes Oxley Act von 2002, interne Richtlinien und Best Practices. Die Nichteinhaltung von Compliance-Anforderungen kann zu gesetzlichen Strafen oder dem Verlust von Wettbewerbsvorteilen und somit dem Verlust von Marktanteilen führen. Im Gegensatz zum klassischen, domänen-unabhängigen Begriff der Korrektheit von Geschäftsprozessen, sind Compliance-Anforderungen domain-spezifisch und ändern sich im Laufe der Zeit. Neue Anforderungen resultieren aus neuen Gesetzen und der Einführung neuer Unternehmensrichtlinien. Aufgrund der Vielzahl der Quellen für Compliance-Anforderungen, können sie unterschiedliche Ziele verfolgen und somit widersprüchliche Aussagen treffen. Schließlich betreffen Compliance-Anforderungen verschiedene Aspekte von Geschäftsprozessen, wie Kontrollfluss- und Datenabhängigkeiten. Auf Grund dessen können Compliance-Prüfungen nicht direkt Hard-coded werden. Vielmehr ist ein Prozess der wiederholten Modellierung von Compliance-Regeln und ihrer anschließenden automatischen Prüfung gegen die Geschäftsprozesse nötig. Diese Dissertation stellt einen formalen Ansatz zur Überprüfung der Einhaltung von Compliance-Regeln während der Spezifikation von Geschäftsprozessen vor. Mit visuellen Mustern ist es möglich, Compliance-Regeln hinsichtlich Kontrollfluss- und Datenabhängigkeiten sowie bedingte Regeln zu spezifizieren. Jedes Muster wird in eine Formel der temporalen Logik abgebildet. Die Dissertation behandelt das Problem der Konsistenzprüfung zwischen verschiedenen Compliance-Anforderungen, wie sie sich aus unterschiedlichen Quellen ergeben können. Ebenfalls zeigt diese Dissertation, wie Compliance-Regeln gegen die Geschäftsprozesse automatisch mittels Model Checking geprüft werden. Es wird aufgezeigt, dass zusätzliche Domänen-Kenntnisse notwendig sind, um richtige Entscheidungen zu treffen. Der vorgestelle Ansatz ermöglicht nützliches Feedback für Modellierer im Fall eines Compliance-Verstoßes. Das Feedback wird in Form von Teilen des Prozessmodells gegeben, deren Ausführung die Verletzung verursacht. In einigen Fällen ist der vorgestellte Ansatz in der Lage, den Compliance-Verstoß automatisch zu beheben.
KW  - Geschäftsprozessmodelle
KW  - Compliance
KW  - Temporallogik
KW  - Verletzung Erklärung
KW  - Verletzung Auflösung
KW  - Business Process Models
KW  - Compliance
KW  - Temporal Logic
KW  - Violation Explanation
KW  - Violation Resolution
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-49222
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wist, Dominic
T1  - Attacking complexity in logic synthesis of asynchronous circuits
T1  - Komplexitätsbewältigung in der Logiksynthese asynchroner Schaltungen
N2  - Most of the microelectronic circuits fabricated today are synchronous, i.e. they are driven by one or several clock signals. Synchronous circuit design faces several fundamental challenges such as high-speed clock distribution, integration of multiple cores operating at different clock rates, reduction of power consumption and dealing with voltage, temperature, manufacturing and runtime variations. Asynchronous or clockless design plays a key role in alleviating these challenges, however the design and test of asynchronous circuits is much more difficult in comparison to their synchronous counterparts. A driving force for a widespread use of asynchronous technology is the availability of mature EDA (Electronic Design Automation) tools which provide an entire automated design flow starting from an HDL (Hardware Description Language) specification yielding the final circuit layout. Even though there was much progress in developing such EDA tools for asynchronous circuit design during the last two decades, the maturity level as well as the acceptance of them is still not comparable with tools for synchronous circuit design. In particular, logic synthesis (which implies the application of Boolean minimisation techniques) for the entire system's control path can significantly improve the efficiency of the resulting asynchronous implementation, e.g. in terms of chip area and performance. However, logic synthesis, in particular for asynchronous circuits, suffers from complexity problems. Signal Transitions Graphs (STGs) are labelled Petri nets which are a widely used to specify the interface behaviour of speed independent (SI) circuits - a robust subclass of asynchronous circuits. STG decomposition is a promising approach to tackle complexity problems like state space explosion in logic synthesis of SI circuits. The (structural) decomposition of STGs is guided by a partition of the output signals and generates a usually much smaller component STG for each partition member, i.e. a component STG with a much smaller state space than the initial specification. However, decomposition can result in component STGs that in isolation have so-called irreducible CSC conflicts (i.e. these components are not SI synthesisable anymore) even if the specification has none of them. A new approach is presented to avoid such conflicts by introducing internal communication between the components. So far, STG decompositions are guided by the finest output partitions, i.e. one output per component. However, this might not yield optimal circuit implementations. Efficient heuristics are presented to determine coarser partitions leading to improved circuits in terms of chip area. For the new algorithms correctness proofs are given and their implementations are incorporated into the decomposition tool DESIJ. The presented techniques are successfully applied to some benchmarks - including 'real-life' specifications arising in the context of control resynthesis - which delivered promising results.
N2  - Moderner Schaltungsentwurf fokussiert hauptsächlich synchrone Schaltungstechnik mit allen inhärenten Problemen. Asynchone (d.h. ungetaktete) Schaltungen zeichnen sich jedoch nicht nur durch das Fehlen der Taktversatzproblematik gegenüber ihren synchronen Pendents aus, sondern auch insbesondere durch geringeren Energieverbrauch, günstigere EMV-Eigenschaften, hohe Performance, Modularität und Robustheit gegenüber Schwankungen in der Spannungsversorgung, im Herstellungsprozess sowie Temperaturunterschieden. Diese Vorteile werden mit höherer Integration sowie höheren Taktraten signifikanter. Jedoch ist der Entwurf und auch der Test asynchroner Schaltungen erheblich schwieriger verglichen mit synchronen Schaltungen. Entwurfswerkzeuge zur Synthese asynchroner Schaltungen aus Hochsprachen-Spezifikationen sind zwar inzwischen verfügbar, sie sind jedoch noch nicht so ausgereift und bei weitem noch nicht so akzeptiert in der Industrie, wie ihre Äquivalente für den synchronen Schaltungsentwurf. Insbesondere fehlt es an Werkzeugunterstützung im Bereich der Logiksynthese komplexer Steuerungen („Controller“), welche kritisch für die Effizienz – z.B. in Bezug auf Chipfläche und Geschwindigkeit – der resultierenden Schaltungen oder Systeme ist. Zur Spezifikation von Steuerungen haben sich Signalflankengraphen („signal transition graphs“, STGs) bewährt, die auch als Entwurfseinstieg für eine Logiksynthese von SI-Schaltungen („speed independent“) verwendet werden. (SI-Schaltungen gelten als sehr robuste asynchrone Schaltungen.) Aus den STGs werden zwecks Logiksynthese Automaten abgeleitet werden, deren Zustandszahl aber oft prohibitiv groß werden kann. Durch sogenannte STG-Dekomposition wird die Logiksynthese einer komplexen Schaltung ermöglicht, was bislang aufgrund von Zustandsexplosion oft nicht möglich war. Dabei wird der Spezifikations-STG laut einer gegebenen Partition von Ausgangssignalen in viele kleinere Teilnetze dekomponiert, wobei zu jedem Partitionsblock ein Teilnetz – mit normalerweise signifikant kleinerem Zustandsraum im Vergleich zur Spezifikation – erzeugt wird. Zu jedem Teilnetz wird dann eine Teilschaltung (Komponente) mittels Logiksynthese generiert. Durch die Anwendung von STG-Dekomposition können jedoch Teilnetze erzeugt werden, die sogenannte irreduzible CSC-Konflikte aufweisen (d.h. zu diesen Teilnetzen kann keine SI-Schaltung erzeugt werden), obwohl die Spezifikation keine solchen Konflikte hatte. Diese Arbeit präsentiert einen neuen Ansatz, welcher die Entstehung solcher irreduziblen Konflikte vermeidet, und zwar durch die Einführung interner Kommunikation zwischen den (zu den Teilnetzen gehörenden) Schaltungskomponenten. Bisher werden STG-Dekompositionen total durchgeführt, d.h. pro resultierender Komponente wird ein Ausgangssignal erzeugt. Das führt gewöhnlich nicht zu optimalen Schaltungsimplementierungen. In dieser Arbeit werden Heuristiken zur Bestimmung gröberer Ausgabepartitionen (d.h. Partitionsblöcke mit mehreren Ausgangssignalen) vorgestellt, die zu kleineren Schaltungen führen. Die vorgestellten Algorithmen werden formal abgesichert und wurden in das bereits vorhandene Dekompositionswerkzeug DESIJ integriert. An praxisrelevanten Beispielen konnten die vorgestellten Verfahren erfolgreich erprobt werden.
KW  - Asynchrone Schaltung
KW  - Logiksynthese
KW  - Komplexitätsbewältigung
KW  - STG-Dekomposition
KW  - CSC
KW  - asynchronous circuit
KW  - logic synthesis
KW  - speed independence
KW  - STG decomposition
KW  - CSC
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59706
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lorenz, Haik
T1  - Texturierung und Visualisierung virtueller 3D-Stadtmodelle
T1  - Texturing and Visualization of Virtual 3D City Models
N2  - Im Mittelpunkt dieser Arbeit stehen virtuelle 3D-Stadtmodelle, die Objekte, Phänomene und Prozesse in urbanen Räumen in digitaler Form repräsentieren. Sie haben sich zu einem Kernthema von Geoinformationssystemen entwickelt und bilden einen zentralen Bestandteil geovirtueller 3D-Welten. Virtuelle 3D-Stadtmodelle finden nicht nur Verwendung als Mittel für Experten in Bereichen wie Stadtplanung, Funknetzplanung, oder Lärmanalyse, sondern auch für allgemeine Nutzer, die realitätsnah dargestellte virtuelle Städte in Bereichen wie Bürgerbeteiligung, Tourismus oder Unterhaltung nutzen und z. B. in Anwendungen wie GoogleEarth eine räumliche Umgebung intuitiv erkunden und durch eigene 3D-Modelle oder zusätzliche Informationen erweitern. Die Erzeugung und Darstellung virtueller 3D-Stadtmodelle besteht aus einer Vielzahl von Prozessschritten, von denen in der vorliegenden Arbeit zwei näher betrachtet werden: Texturierung und Visualisierung. Im Bereich der Texturierung werden Konzepte und Verfahren zur automatischen Ableitung von Fototexturen aus georeferenzierten Schrägluftbildern sowie zur Speicherung oberflächengebundener Daten in virtuellen 3D-Stadtmodellen entwickelt. Im Bereich der Visualisierung werden Konzepte und Verfahren für die multiperspektivische Darstellung sowie für die hochqualitative Darstellung nichtlinearer Projektionen virtueller 3D-Stadtmodelle in interaktiven Systemen vorgestellt. Die automatische Ableitung von Fototexturen aus georeferenzierten Schrägluftbildern ermöglicht die Veredelung vorliegender virtueller 3D-Stadtmodelle. Schrägluftbilder bieten sich zur Texturierung an, da sie einen Großteil der Oberflächen einer Stadt, insbesondere Gebäudefassaden, mit hoher Redundanz erfassen. Das Verfahren extrahiert aus dem verfügbaren Bildmaterial alle Ansichten einer Oberfläche und fügt diese pixelpräzise zu einer Textur zusammen. Durch Anwendung auf alle Oberflächen wird das virtuelle 3D-Stadtmodell flächendeckend texturiert. Der beschriebene Ansatz wurde am Beispiel des offiziellen Berliner 3D-Stadtmodells sowie der in GoogleEarth integrierten Innenstadt von München erprobt. Die Speicherung oberflächengebundener Daten, zu denen auch Texturen zählen, wurde im Kontext von CityGML, einem international standardisierten Datenmodell und Austauschformat für virtuelle 3D-Stadtmodelle, untersucht. Es wird ein Datenmodell auf Basis computergrafischer Konzepte entworfen und in den CityGML-Standard integriert. Dieses Datenmodell richtet sich dabei an praktischen Anwendungsfällen aus und lässt sich domänenübergreifend verwenden. Die interaktive multiperspektivische Darstellung virtueller 3D-Stadtmodelle ergänzt die gewohnte perspektivische Darstellung nahtlos um eine zweite Perspektive mit dem Ziel, den Informationsgehalt der Darstellung zu erhöhen. Diese Art der Darstellung ist durch die Panoramakarten von H. C. Berann inspiriert; Hauptproblem ist die Übertragung des multiperspektivischen Prinzips auf ein interaktives System. Die Arbeit stellt eine technische Umsetzung dieser Darstellung für 3D-Grafikhardware vor und demonstriert die Erweiterung von Vogel- und Fußgängerperspektive. Die hochqualitative Darstellung nichtlinearer Projektionen beschreibt deren Umsetzung auf 3D-Grafikhardware, wobei neben der Bildwiederholrate die Bildqualität das wesentliche Entwicklungskriterium ist. Insbesondere erlauben die beiden vorgestellten Verfahren, dynamische Geometrieverfeinerung und stückweise perspektivische Projektionen, die uneingeschränkte Nutzung aller hardwareseitig verfügbaren, qualitätssteigernden Funktionen wie z.~B. Bildraumgradienten oder anisotroper Texturfilterung. Beide Verfahren sind generisch und unterstützen verschiedene Projektionstypen. Sie ermöglichen die anpassungsfreie Verwendung gängiger computergrafischer Effekte wie Stilisierungsverfahren oder prozeduraler Texturen für nichtlineare Projektionen bei optimaler Bildqualität. Die vorliegende Arbeit beschreibt wesentliche Technologien für die Verarbeitung virtueller 3D-Stadtmodelle: Zum einen lassen sich mit den Ergebnissen der Arbeit Texturen für virtuelle 3D-Stadtmodelle automatisiert herstellen und als eigenständige Attribute in das virtuelle 3D-Stadtmodell einfügen. Somit trägt diese Arbeit dazu bei, die Herstellung und Fortführung texturierter virtueller 3D-Stadtmodelle zu verbessern. Zum anderen zeigt die Arbeit Varianten und technische Lösungen für neuartige Projektionstypen für virtueller 3D-Stadtmodelle in interaktiven Visualisierungen. Solche nichtlinearen Projektionen stellen Schlüsselbausteine dar, um neuartige Benutzungsschnittstellen für und Interaktionsformen mit virtuellen 3D-Stadtmodellen zu ermöglichen, insbesondere für mobile Geräte und immersive Umgebungen.
N2  - This thesis concentrates on virtual 3D city models that digitally encode objects, phenomena, and processes in urban environments. Such models have become core elements of geographic information systems and constitute a major component of geovirtual 3D worlds. Expert users make use of virtual 3D city models in various application domains, such as urban planning, radio-network planning, and noise immision simulation. Regular users utilize virtual 3D city models in domains, such as tourism, and entertainment. They intuitively explore photorealistic virtual 3D city models through mainstream applications such as GoogleEarth, which additionally enable users to extend virtual 3D city models by custom 3D models and supplemental information. Creation and rendering of virtual 3D city models comprise a large number of processes, from which texturing and visualization are in the focus of this thesis. In the area of texturing, this thesis presents concepts and techniques for automatic derivation of photo textures from georeferenced oblique aerial imagery and a concept for the integration of surface-bound data into virtual 3D city model datasets. In the area of visualization, this thesis presents concepts and techniques for multiperspective views and for high-quality rendering of nonlinearly projected virtual 3D city models in interactive systems. The automatic derivation of photo textures from georeferenced oblique aerial imagery is a refinement process for a given virtual 3D city model. Our approach uses oblique aerial imagery, since it provides a citywide highly redundant coverage of surfaces, particularly building facades. From this imagery, our approach extracts all views of a given surface and creates a photo texture by selecting the best view on a pixel level. By processing all surfaces, the virtual 3D city model becomes completely textured. This approach has been tested for the official 3D city model of Berlin and the model of the inner city of Munich accessible in GoogleEarth. The integration of surface-bound data, which include textures, into virtual 3D city model datasets has been performed in the context of CityGML, an international standard for the exchange and storage of virtual 3D city models. We derive a data model from a set of use cases and integrate it into the CityGML standard. The data model uses well-known concepts from computer graphics for data representation. Interactive multiperspective views of virtual 3D city models seamlessly supplement a regular perspective view with a second perspective. Such a construction is inspired by panorama maps by H. C. Berann and aims at increasing the amount of information in the image. Key aspect is the construction's use in an interactive system. This thesis presents an approach to create multiperspective views on 3D graphics hardware and exemplifies the extension of bird's eye and pedestrian views. High-quality rendering of nonlinearly projected virtual 3D city models focuses on the implementation of nonlinear projections on 3D graphics hardware. The developed concepts and techniques focus on high image quality. This thesis presents two such concepts, namely dynamic mesh refinement and piecewise perspective projections, which both enable the use of all graphics hardware features, such as screen space gradients and anisotropic texture filtering under nonlinear projections. Both concepts are generic and customizable towards specific projections. They enable the use of common computer graphics effects, such as stylization effects or procedural textures, for nonlinear projections at optimal image quality and interactive frame rates. This thesis comprises essential techniques for virtual 3D city model processing. First, the results of this thesis enable automated creation of textures for and their integration as individual attributes into virtual 3D city models. Hence, this thesis contributes to an improved creation and continuation of textured virtual 3D city models. Furthermore, the results provide novel approaches to and technical solutions for projecting virtual 3D city models in interactive visualizations. Such nonlinear projections are key components of novel user interfaces and interaction techniques for virtual 3D city models, particularly on mobile devices and in immersive environments.
KW  - Computergrafik
KW  - virtuelle 3D-Stadtmodelle
KW  - CityGML
KW  - nichtlineare Projektionen
KW  - Texturen
KW  - computer graphics
KW  - virtual 3D city models
KW  - CityGML
KW  - nonlinear projections
KW  - textures
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-53879
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Bordihn, Henning
A1  - Vaszil, György
T1  - Reversible parallel communicating finite automata systems
JF  - Acta informatica
N2  - We study the concept of reversibility in connection with parallel communicating systems of finite automata (PCFA in short). We define the notion of reversibility in the case of PCFA (also covering the non-deterministic case) and discuss the relationship of the reversibility of the systems and the reversibility of its components. We show that a system can be reversible with non-reversible components, and the other way around, the reversibility of the components does not necessarily imply the reversibility of the system as a whole. We also investigate the computational power of deterministic centralized reversible PCFA. We show that these very simple types of PCFA (returning or non-returning) can recognize regular languages which cannot be accepted by reversible (deterministic) finite automata, and that they can even accept languages that are not context-free. We also separate the deterministic and non-deterministic variants in the case of systems with non-returning communication. We show that there are languages accepted by non-deterministic centralized PCFA, which cannot be recognized by any deterministic variant of the same type.
KW  - Finite automata
KW  - Reversibility
KW  - Systems of parallel communicating
KW  - automata
Y1  - 2021
U6  - https://doi.org/10.1007/s00236-021-00396-9
SN  - 0001-5903
SN  - 1432-0525
VL  - 58
IS  - 4
SP  - 263
EP  - 279
PB  - Springer
CY  - Berlin ; Heidelberg ; New York, NY
ER  - 
TY  - THES
A1  - Felgentreff, Tim
T1  - The Design and Implementation of Object-Constraint Programming
Y1  - 2017
ER  - 
TY  - THES
A1  - Böken, Björn
T1  - Improving prediction accuracy using dynamic information
N2  - Accurately solving classification problems nowadays is likely to be the most relevant machine learning task. Binary classification separating two classes only is algorithmically simpler but has fewer potential applications as many real-world problems are multi-class. On the reverse, separating only a subset of classes simplifies the classification task. Even though existing multi-class machine learning algorithms are very flexible regarding the number of classes, they assume that the target set Y is fixed and cannot be restricted once the training is finished. On the other hand, existing state-of-the-art production environments are becoming increasingly interconnected with the advance of Industry 4.0 and related technologies such that additional information can simplify the respective classification problems. In light of this, the main aim of this thesis is to introduce dynamic classification that generalizes multi-class classification such that the target class set can be restricted arbitrarily to a non-empty class subset M of Y at any time between two consecutive predictions.

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

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

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

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

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

 Abschließend wird eine umfangreiche empirische Studie durchgeführt, die alle neu eingeführten Verfahren mit denen aus dem Stand der Forschung vergleicht. Hierfür werden Bewertungsfunktionen für dynamische Klassifikation eingeführt, die auf Sampling-Strategien basieren. Anschließend werden diese im Rahmen einer dreiteiligen Studie angewendet. Zunächst werden Support Vector Machines und Random Forests auf 26 Referenzdatensätzen aus dem UCI Machine Learning Repository angewendet. Im zweiten Teil werden zwei moderne, tiefe neuronale Netze auf fünf Referenzdatensätzen aus einer relativ aktuellen Referenzarbeit ausgewertet. Hierbei sind insbesondere Strategien relevant, die die Anwendung der eingeführten Verfahren in Verbindung mit großen Modellen ermöglicht, da eine naive Vorgehensweise nicht durchführbar ist. Schließlich wird ein Referenzdatensatz aus einem Produktionsprozess gewonnen, der die Integration von dynamischen Klasseninformationen ermöglicht, und ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass Pairwise-Coupling-Verfahren in Verbindung mit Support Vector Machines und Random Forests die besten Ergebnisse liefern, während in Verbindung mit tiefen neuronalen Netzen die Unterschiede zwischen den Verfahren oft klein bis vernachlässigbar sind. Am wichtigsten ist, dass alle Ergebnisse zeigen, dass dynamische Klassifikation die entsprechenden Erkennungsgenauigkeiten verbessert. Daher ist es entscheidend, dynamische Klasseninformationen in den entsprechenden Anwendungen zur Verfügung zu stellen, was eine entsprechende digitale Infrastruktur erfordert.
KW  - dynamic classification
KW  - multi-class classification
KW  - classifier calibration
KW  - evidence theory
KW  - Dempster–Shafer theory
KW  - Deep Learning
KW  - Deep Learning
KW  - Dempster-Shafer-Theorie
KW  - Klassifikator-Kalibrierung
KW  - dynamische Klassifikation
KW  - Evidenztheorie
KW  - Mehrklassen-Klassifikation
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-585125
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Bordihn, Henning
A1  - Holzer, Markus
T1  - On the number of active states in finite automata
JF  - Acta informatica
N2  - We introduce a new measure of descriptional complexity on finite automata, called the number of active states. Roughly speaking, the number of active states of an automaton A on input w counts the number of different states visited during the most economic computation of the automaton A for the word w. This concept generalizes to finite automata and regular languages in a straightforward way. We show that the number of active states of both finite automata and regular languages is computable, even with respect to nondeterministic finite automata. We further compare the number of active states to related measures for regular languages. In particular, we show incomparability to the radius of regular languages and that the difference between the number of active states and the total number of states needed in finite automata for a regular language can be of exponential order.
Y1  - 2021
U6  - https://doi.org/10.1007/s00236-021-00397-8
SN  - 0001-5903
SN  - 1432-0525
VL  - 58
IS  - 4
SP  - 301
EP  - 318
PB  - Springer
CY  - Berlin ; Heidelberg [u.a.]
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Al Laban, Firas
A1  - Reger, Martin
A1  - Lucke, Ulrike
T1  - Closing the Policy Gap in the Academic Bridge
T2  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2  - The highly structured nature of the educational sector demands effective policy mechanisms close to the needs of the field. That is why evidence-based policy making, endorsed by the European Commission under Erasmus+ Key Action 3, aims to make an alignment between the domains of policy and practice. Against this background, this article addresses two issues: First, that there is a vertical gap in the translation of higher-level policies to local strategies and regulations. Second, that there is a horizontal gap between educational domains regarding the policy awareness of individual players. This was analyzed in quantitative and qualitative studies with domain experts from the fields of virtual mobility and teacher training. From our findings, we argue that the combination of both gaps puts the academic bridge from secondary to tertiary education at risk, including the associated knowledge proficiency levels. We discuss the role of digitalization in the academic bridge by asking the question: which value does the involved stakeholders expect from educational policies? As a theoretical basis, we rely on the model of value co-creation for and by stakeholders. We describe the used instruments along with the obtained results and proposed benefits. Moreover, we reflect on the methodology applied, and we finally derive recommendations for future academic bridge policies.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1310 
KW  - policy evaluation
KW  - higher education
KW  - virtual mobility
KW  - teacher training
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-583572
SN  - 1866-8372
IS  - 1310
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Hollmann, Susanne
A1  - Frohme, Marcus
A1  - Endrullat, Christoph
A1  - Kremer, Andreas
A1  - D’Elia, Domenica
A1  - Regierer, Babette
A1  - Nechyporenko, Alina
T1  - Ten simple rules on how to write a standard operating procedure
T2  - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2  - Research publications and data nowadays should be publicly available on the internet and, theoretically, usable for everyone to develop further research, products, or services. The long-term accessibility of research data is, therefore, fundamental in the economy of the research production process. However, the availability of data is not sufficient by itself, but also their quality must be verifiable. Measures to ensure reuse and reproducibility need to include the entire research life cycle, from the experimental design to the generation of data, quality control, statistical analysis, interpretation, and validation of the results. Hence, high-quality records, particularly for providing a string of documents for the verifiable origin of data, are essential elements that can act as a certificate for potential users (customers). These records also improve the traceability and transparency of data and processes, therefore, improving the reliability of results. Standards for data acquisition, analysis, and documentation have been fostered in the last decade driven by grassroot initiatives of researchers and organizations such as the Research Data Alliance (RDA). Nevertheless, what is still largely missing in the life science academic research are agreed procedures for complex routine research workflows. Here, well-crafted documentation like standard operating procedures (SOPs) offer clear direction and instructions specifically designed to avoid deviations as an absolute necessity for reproducibility. Therefore, this paper provides a standardized workflow that explains step by step how to write an SOP to be used as a starting point for appropriate research documentation.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1201 
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-525877
SN  - 1866-8372
IS  - 9
ER  - 
TY  - THES
A1  - Weise, Matthias
T1  - Auswahl von Selektions- und Manipulationstechniken für Virtual Reality-Anwendungen
T1  - Choosing selection and manipulation techniques for Virtual Reality applications
N2  - Die stetige Weiterentwicklung von VR-Systemen bietet neue Möglichkeiten der Interaktion mit virtuellen Objekten im dreidimensionalen Raum, stellt Entwickelnde von VRAnwendungen aber auch vor neue Herausforderungen. Selektions- und Manipulationstechniken müssen unter Berücksichtigung des Anwendungsszenarios, der Zielgruppe und der zur Verfügung stehenden Ein- und Ausgabegeräte ausgewählt werden. Diese Arbeit leistet einen Beitrag dazu, die Auswahl von passenden Interaktionstechniken zu unterstützen. Hierfür wurde eine repräsentative Menge von Selektions- und Manipulationstechniken untersucht und, unter Berücksichtigung existierender Klassifikationssysteme, eine Taxonomie entwickelt, die die Analyse der Techniken hinsichtlich interaktionsrelevanter Eigenschaften ermöglicht. Auf Basis dieser Taxonomie wurden Techniken ausgewählt, die in einer explorativen Studie verglichen wurden, um Rückschlüsse auf die Dimensionen der Taxonomie zu ziehen und neue Indizien für Vor- und Nachteile der Techniken in spezifischen Anwendungsszenarien zu generieren. Die Ergebnisse der Arbeit münden in eine Webanwendung, die Entwickelnde von VR-Anwendungen gezielt dabei unterstützt, passende Selektions- und Manipulationstechniken für ein Anwendungsszenario auszuwählen, indem Techniken auf Basis der Taxonomie gefiltert und unter Verwendung der Resultate aus der Studie sortiert werden können.
N2  - The constant advancement of VR systems offers new possibilities of interaction with virtual objects in three-dimensional space, but also poses new challenges for developers of VR applications. Selection and manipulation techniques have to be chosen in dependence of the application scenario, the users and the available input and output devices. This work contributes to support the selection of suitable interaction techniques. A representative quantity of selection and manipulation techniques has been investigated and a taxonomy has been developed based on existing classification systems which allows the analysis of the techniques with respect to properties relevant for interaction. Based on this taxonomy, techniques were selected and compared in an exploratory study in order to draw conclusions about the dimensions of the taxonomy and to generate new evidence for advantages and disadvantages of the techniques in specific application scenarios. The results of the work lead to a web application, which supports the developer of VR applications in choosing suitable selection and manipulation techniques for an application scenario by filtering techniques based on the taxonomy and sorting them using the results of the study.
KW  - Virtual Reality
KW  - Interaktionstechniken
KW  - Mensch-Computer-Interaktion
KW  - Virtual Reality
KW  - interaction techniques
KW  - human computer interaction
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-534586
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Kreowsky, Philipp
A1  - Stabernack, Christian Benno
T1  - A full-featured FPGA-based pipelined architecture for SIFT extraction
JF  - IEEE access : practical research, open solutions / Institute of Electrical and Electronics Engineers
N2  - Image feature detection is a key task in computer vision. Scale Invariant Feature Transform (SIFT) is a prevalent and well known algorithm for robust feature detection. However, it is computationally demanding and software implementations are not applicable for real-time performance. In this paper, a versatile and pipelined hardware implementation is proposed, that is capable of computing keypoints and rotation invariant descriptors on-chip. All computations are performed in single precision floating-point format which makes it possible to implement the original algorithm with little alteration. Various rotation resolutions and filter kernel sizes are supported for images of any resolution up to ultra-high definition. For full high definition images, 84 fps can be processed. Ultra high definition images can be processed at 21 fps.
KW  - Field programmable gate arrays
KW  - Convolution
KW  - Signal processing
KW  - algorithms
KW  - Kernel
KW  - Image resolution
KW  - Histograms
KW  - Feature extraction
KW  - Scale-invariant feature transform (SIFT)
KW  - field-programmable gate array
KW  - (FPGA)
KW  - image processing
KW  - computer vision
KW  - parallel processing
KW  - architecture
KW  - real-time
KW  - hardware architecture
Y1  - 2021
U6  - https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3104387
SN  - 2169-3536
VL  - 9
SP  - 128564
EP  - 128573
PB  - Inst. of Electr. and Electronics Engineers
CY  - New York, NY
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schneider, Jan Niklas
T1  - Computational approaches for emotion research
T1  - Computergestützte Methoden für die Emotionsforschung
N2  - Emotionen sind ein zentrales Element menschlichen Erlebens und spielen eine wichtige Rolle bei der Entscheidungsfindung. Diese Dissertation identifiziert drei methodische Probleme der aktuellen Emotionsforschung und zeigt auf, wie diese mittels computergestützter Methoden gelöst werden können. Dieser Ansatz wird in drei Forschungsprojekten demonstriert, die die Entwicklung solcher Methoden sowie deren Anwendung auf konkrete Forschungsfragen beschreiben. 
Das erste Projekt beschreibt ein Paradigma welches es ermöglicht, die subjektive und objektive Schwierigkeit der Emotionswahrnehmung zu messen. Darüber hinaus ermöglicht es die Verwendung einer beliebigen Anzahl von Emotionskategorien im Vergleich zu den üblichen sechs Kategorien der Basisemotionen. Die Ergebnisse deuten auf eine Zunahme der Schwierigkeiten bei der Wahrnehmung von Emotionen mit zunehmendem Alter der Darsteller hin und liefern Hinweise darauf, dass junge Erwachsene, ältere Menschen und Männer ihre Schwierigkeit bei der Wahrnehmung von Emotionen unterschätzen. Weitere Analysen zeigten eine geringe Relevanz personenbezogener Variablen und deuteten darauf hin, dass die Schwierigkeit der Emotionswahrnehmung vornehmlich durch die Ausprägung der Wertigkeit des Ausdrucks bestimmt wird. 
Das zweite Projekt zeigt am Beispiel von Arousal, einem etablierten, aber vagen Konstrukt der Emotionsforschung, wie Face-Tracking-Daten dazu genutzt werden können solche Konstrukte zu schärfen. Es beschreibt, wie aus Face-Tracking-Daten Maße für die Entfernung, Geschwindigkeit und Beschleunigung von Gesichtsausdrücken berechnet werden können. Das Projekt untersuchte wie diesen Maße mit der Arousal-Wahrnehmung in Menschen mit und ohne Autismus zusammenhängen. Der Abstand zum Neutralgesicht war prädiktiv für die Arousal-Bewertungen in beiden Gruppen. Die Ergebnisse deuten auf eine qualitativ ähnliche Wahrnehmung von Arousal für Menschen mit und ohne Autismus hin. 
Im dritten Projekt stellen wir die Partial-Least-Squares-Analyse als allgemeine Methode vor, um eine optimale Repräsentation zur Verknüpfung zweier hochdimensionale Datensätze zu finden. Das Projekt demonstriert die Anwendbarkeit dieser Methode in der Emotionsforschung anhand der Frage nach Unterschieden in der Emotionswahrnehmung zwischen Männern und Frauen. Wir konnten zeigen, dass die emotionale Wahrnehmung von Frauen systematisch mehr Varianz der Gesichtsausdrücke erfasst und dass signifikante Unterschiede in der Art und Weise bestehen, wie Frauen und Männer einige Gesichtsausdrücke wahrnehmen. Diese konnten wir als dynamische Gesichtsausdrücke visualisieren. Um die Anwendung der entwickelten Methode für die Forschungsgemeinschaft zu erleichtern, wurde ein Software-Paket für die Statistikumgebung R geschrieben. Zudem wurde eine Website entwickelt (thisemotiondoesnotexist.com), die es Besuchern erlaubt, ein Partial-Least-Squares-Modell von Emotionsbewertungen und Face-Tracking-Daten interaktiv zu erkunden, um die entwickelte Methode zu verbreiten und ihren Nutzen für die Emotionsforschung zu illustrieren.
N2  - Emotions are a central element of human experience. They occur with high frequency in everyday life and play an important role in decision making. However, currently there is no consensus among researchers on what constitutes an emotion and on how emotions should be investigated. This dissertation identifies three problems of current emotion research: the problem of ground truth, the problem of incomplete constructs and the problem of optimal representation. I argue for a focus on the detailed measurement of emotion manifestations with computer-aided methods to solve these problems. This approach is demonstrated in three research projects, which describe the development of methods specific to these problems as well as their application to concrete research questions. 
The problem of ground truth describes the practice to presuppose a certain structure of emotions as the a priori ground truth. This determines the range of emotion descriptions and sets a standard for the correct assignment of these descriptions. The first project illustrates how this problem can be circumvented with a multidimensional emotion perception paradigm which stands in contrast to the emotion recognition paradigm typically employed in emotion research. This paradigm allows to calculate an objective difficulty measure and to collect subjective difficulty ratings for the perception of emotional stimuli. Moreover, it enables the use of an arbitrary number of emotion stimuli categories as compared to the commonly used six basic emotion categories. Accordingly, we collected data from 441 participants using dynamic facial expression stimuli from 40 emotion categories. Our findings suggest an increase in emotion perception difficulty with increasing actor age and provide evidence to suggest that young adults, the elderly and men underestimate their emotion perception difficulty. While these effects were predicted from the literature, we also found unexpected and novel results. In particular, the increased difficulty on the objective difficulty measure for female actors and observers stood in contrast to reported findings. Exploratory analyses revealed low relevance of person-specific variables for the prediction of emotion perception difficulty, but highlighted the importance of a general pleasure dimension for the ease of emotion perception. 
The second project targets the problem of incomplete constructs which relates to vaguely defined psychological constructs on emotion with insufficient ties to tangible manifestations. The project exemplifies how a modern data collection method such as face tracking data can be used to sharpen these constructs on the example of arousal, a long-standing but fuzzy construct in emotion research. It describes how measures of distance, speed and magnitude of acceleration can be computed from face tracking data and investigates their intercorrelations. We find moderate to strong correlations among all measures of static information on one hand and all measures of dynamic information on the other. The project then investigates how self-rated arousal is tied to these measures in 401 neurotypical individuals and 19 individuals with autism. Distance to the neutral face was predictive of arousal ratings in both groups. Lower mean arousal ratings were found for the autistic group, but no difference in correlation of the measures and arousal ratings could be found between groups. Results were replicated in a high autistic traits group consisting of 41 participants. The findings suggest a qualitatively similar perception of arousal for individuals with and without autism. No correlations between valence ratings and any of the measures could be found which emphasizes the specificity of our tested measures for the construct of arousal.
The problem of optimal representation refers to the search for the best representation of emotions and the assumption that there is a one-fits-all solution. In the third project we introduce partial least squares analysis as a general method to find an optimal representation to relate two high-dimensional data sets to each other. The project demonstrates its applicability to emotion research on the question of emotion perception differences between men and women. The method was used with emotion rating data from 441 participants and face tracking data computed on 306 videos. We found quantitative as well as qualitative differences in the perception of emotional facial expressions between these groups. We showed that women’s emotional perception systematically captured more of the variance in facial expressions. Additionally, we could show that significant differences exist in the way that women and men perceive some facial expressions which could be visualized as concrete facial expression sequences. These expressions suggest differing perceptions of masked and ambiguous facial expressions between the sexes. In order to facilitate use of the developed method by the research community, a package for the statistical environment R was written. Furthermore, to call attention to the method and its usefulness for emotion research, a website was designed that allows users to explore a model of emotion ratings and facial expression data in an interactive fashion.
KW  - facial expression
KW  - emotion
KW  - perception
KW  - face tracking
KW  - perception differences
KW  - emotion representation
KW  - Gesichtsausdruck
KW  - Emotionen
KW  - Wahrnehmung
KW  - Wahrnehmungsunterschiede
KW  - computational methods
KW  - emotion research
KW  - computergestützte Methoden
KW  - Emotionsforschung
KW  - arousal perception
KW  - objective difficulty
KW  - Wahrnehmung von Arousal
KW  - Objektive Schwierigkeit
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-459275
ER  - 
TY  - THES
A1  - Voigt, Matthias
T1  - Entwicklung von bioinformatischen Visualisierungswerkzeugen für Metabolitdaten von Nährstoffmangelsituationen bei Arabidopsis thaliana
T1  - Development of bioinformatics visualization tools for metabolitedata resulting from situations of deficiency at Arabidopsis thaliana
N2  - Diese Arbeit umfasst die Archivierung, Visualisierung anhand bioinformatischer Methoden und Interpretation eines vorhandenen Messdatensatz (Element [ICP-MS]-, Ionen [IC]- und Metabolitdaten [RP-HPLC und GC/TOF-MS]) der Pflanze Arabidopsis thaliana getrennt in Blätter und Wurzeln. Die Pflanzen wurden den sechs Mangelsituationen der Nährstoffe Eisen, Kalium, Magnesium, Stickstoff, Phosphor und Schwefel ausgesetzt und zu neun Messzeitpunkten [0.5-, 1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-in Tagen und „resupply“ (vier Stunden nach dem vierten Tag)] analysiert. Es erfolgte die Integration der Messdaten in eine SQlite-Datenbank. Die Veranschaulichung erfolgte mit Hilfe der Programmiersprache R. Anhand einiger Pakete zur Erweiterung des Funktionsumfangs von R wurde erstens eine Schnittstelle zur SQLite- Datenbank hergestellt, was ein Abfragen an diese ermöglichte und zweitens verhalfen sie zu der Erstellung einer Reihe zusätzlicher Darstellungsformen (Heatmap, Wireframe, PCA). Selbstgeschriebene Skripte erlaubten den Datenzugriff und die grafische Ausgabe als z. B. Heatmaps. In der Entstehung dieser Arbeit sind weiterhin zwei weitere Visualisierungsformen von PCA-Daten entwickelt worden: Das Abstandsdiagramm und die animierte PCA. Beides sind hilfreiche Werkzeuge zur Interpretation von PCA-Plots eines zeitlichen Verlaufes. Anhand der Darstellungen der Element- und Ionendaten ließen sich die Nährstoffmangelsituationen durch Abnahme der entsprechenden Totalelemente und Ionen nachweisen. Weiterhin sind starke Ähnlichkeiten der durch RP-HPLC bestimmten Metaboliten unter Eisen-, Kalium und Magnesiummangel erkannt worden. Allerdings gibt es nur eine geringe Anzahl an Interkationen der Metabolitgehalte, da der Großteil der Metabolitlevel im Vergleich zur Kontrolle unverändert blieb. Der Literaturvergleich mit zwei Publikationen, die den Phosphat- und Schwefelmangel in Arabidopsis thaliana untersuchten, zeigte ein durchwachsenes Ergebnis. Einerseits gab es eine gleiche Tendenz der verglichenen Aminosäuren zu verzeichen, aber andererseits wiesen die Visualisierungen auch Gegensätzlichkeiten auf. Der Vergleich der mit RP-HPLC und GC/TOF-MS gemessenen Metaboliten erbrachte ein sehr kontroverses Ergebnis. Zum einen wurden Übereinstimmungen der gleichen Metaboliten durch gemeinsame Cluster in den Heatmaps beobachtet, zum anderen auch Widersprüche, exemplarisch in den Abstandsdiagrammen der Blätterdaten jedes Verfahrens, in welchen unterschiedliche Abstandshöhepunkte erkennbar sind.
N2  - This manuscript deals with archiving, visualization with bioinformatic methods and the interpretation of an existing measuring dataset (element [ICP-MS]-, ions [IC]- and metabolit data [RP-HPLC and GC/TOF-MS]) of the plant Arabidopsis thaliana – for either its leaves and roots. These plants have been subjected to six situations of deficiency according to the nutrients iron, potassium, magnesium, nitrate, phosphor, and sulfur. They have been analyzed for nine time-points of measurement [0.5-, 1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- in days and “resupply” (four hours after the fourth day). While the measuring data has been integrated in a SQLite-database, its illustration has been carried out with the help of the programming language R. In order to extend the functional range of R, first, an interface to the SQLite-database has been established, which offered the query to this and, secondly, it helped to create a row of additional display formats (heatmaps, wireframe, PCA). Self-written scripts allowed the access to the data and the graphical output, for example as heatmaps. Additionally two more visualization formats for the PCA-data have been designed in the development of this manuscript: the distance-diagram and the animated PCA. Both are useful tools to interpret PCA-plots during a specific course of time. Based on the illustration of element and ion data the situations of deficiency for several nutrients could be detected by the decrease of the corresponding total-elements and ions. Furthermore, obvious similarities between the metabolits, which were measured through RP-HPLC, have been examined under iron-, potassium- and magnesium-deficit. There are certainly only a low number of interactions regarding to the content of metabolits because most of the metabolit level did not change in comparison to the control. The comparative study of specialist literature – in this case of two particular publications –, which analyzed the deficit of phosphate and sulfate in Arabidopsis thaliana, presented an intermingled result. On the one hand a similar tendency of the compared amino acid could be observed, but on the other hand the visualizations showed opposites, too. The comparison of the metabolits measured by RP-HPLC and GC/TOF-MS effected a very controversial result. Although there are analogies between the same metabolits through common clusters in the heatmaps, contradictory elements can also be found – for example in the distance-diagram of the data of the leaves for each procedure in which different distance-peaks are recognizable.
KW  - Statistikprogramm R
KW  - animierte PCA
KW  - Arabidopsis thaliana
KW  - statistics program R
KW  - animated PCA
KW  - Arabidopsis thaliana
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-33047
ER  - 
TY  - THES
A1  - Repp, Leo
T1  - Extending the automatic theorem prover nanoCoP with arithmetic procedures
T1  - Erweiterung des automatischen Theorembeweisers nanoCoP um Arithmetik und Gleichheit behandelnde Verfahren
N2  - In dieser Bachelorarbeit implementiere ich den automatischen Theorembeweiser nanoCoP-Ω. Es handelt sich bei diesem neuen System um das Ergebnis einer Portierung von Arithmetik-behandelnden Prozeduren aus dem automatischen Theorembeweiser mit Arithmetik leanCoP-Ω in das System nanoCoP 2.0. Dazu wird zuerst der mathematische Hintergrund zu automatischen Theorembeweisern und Arithmetik gegeben. Ich stelle die Vorgängerprojekte leanCoP, nanoCoP und leanCoP-Ω vor, auf dessen Vorlage nanoCoP-Ω entwickelt wurde. Es folgt eine ausführliche Erklärung der Konzepte, um welche der nicht-klausale Konnektionskalkül erweitert werden muss, um eine Behandlung von arithmetischen Ausdrücken und Gleichheiten in den Kalkül zu integrieren, sowie eine Beschreibung der Implementierung dieser Konzepte in nanoCoP-Ω. Als letztes folgt eine experimentelle Evaluation von nanoCoP-Ω. Es wurde ein ausführlicher Vergleich von Laufzeit und Anzahl gelöster Probleme im Vergleich zum ähnlich aufgebauten Theorembeweiser leanCoP-Ω auf Basis der TPTP-Benchmark durchgeführt. Ich komme zu dem Ergebnis, dass nanoCoP-Ω deutlich schneller ist als leanCoP-Ω ist, jedoch weniger gut geeignet für größere Probleme. Zudem konnte ich feststellen, dass nanoCoP-Ω falsche Beweise liefern kann. Ich bespreche, wie dieses Problem gelöst werden kann, sowie einige mögliche Optimierungen und Erweiterungen des Beweissystems.
N2  - In this bachelor’s thesis I implement the automatic theorem prover nanoCoP-Ω. This system is the result of porting arithmetic and equality handling procedures first introduced in the automatic theorem prover with arithmetic leanCoP-Ω into the similar system nanoCoP 2.0. To understand these procedures, I first introduce the mathematical background to both automatic theorem proving and arithmetic expressions. I present the predecessor projects leanCoP, nanoCoP and leanCoP-Ω, out of which nanCoP-Ω was developed. This is followed by an extensive description of the concepts the non-clausal connection calculus needed to be extended by, to allow for proving arithmetic expressions and equalities, as well as of their implementation into nanoCoP-Ω. An extensive comparison between both the runtimes and the number of solved problems of the systems nanoCoP-Ω and leanCoP-Ω was made. I come to the conclusion, that nanoCoP-Ω is considerably faster than leanCoP-Ω for small problems, though less well suited for larger problems. Additionally, I was able to construct a non-theorem that nanoCoP-Ω generates a false proof for. I discuss how this pressing issue could be resolved, as well as some possible optimizations and expansions of the system.
KW  - automatic theorem prover
KW  - leanCoP
KW  - connection calculus
KW  - tptp
KW  - arithmetic procedures
KW  - equality
KW  - omega
KW  - arithmethische Prozeduren
KW  - automatisierter Theorembeweiser
KW  - Konnektionskalkül
KW  - Gleichheit
KW  - leanCoP
KW  - Omega
KW  - TPTP
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-576195
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dramlitsch, Thomas
T1  - Distributed computations in a dynamic, heterogeneous Grid environment
N2  - Die immer dichtere und schnellere Vernetzung von Rechnern und Rechenzentren über Hochgeschwindigkeitsnetzwerke ermöglicht eine neue Art des wissenschaftlich verteilten Rechnens, bei der geographisch weit auseinanderliegende Rechenkapazitäten zu einer Gesamtheit zusammengefasst werden können. Dieser so entstehende virtuelle Superrechner, der selbst aus mehreren Grossrechnern besteht, kann dazu genutzt werden Probleme zu berechnen, für die die einzelnen Grossrechner zu klein sind. Die Probleme, die numerisch mit heutigen Rechenkapazitäten nicht lösbar sind, erstrecken sich durch sämtliche Gebiete der heutigen Wissenschaft, angefangen von Astrophysik, Molekülphysik, Bioinformatik, Meteorologie, bis hin zur Zahlentheorie und Fluiddynamik um nur einige Gebiete zu nennen.  Je nach Art der Problemstellung und des Lösungsverfahrens gestalten sich solche "Meta-Berechnungen" mehr oder weniger schwierig. Allgemein kann man sagen, dass solche Berechnungen um so schwerer und auch um so uneffizienter werden, je mehr Kommunikation zwischen den einzelnen Prozessen (oder Prozessoren) herrscht. Dies ist dadurch begründet, dass die Bandbreiten bzw. Latenzzeiten zwischen zwei Prozessoren auf demselben Grossrechner oder Cluster um zwei bis vier Grössenordnungen höher bzw. niedriger liegen als zwischen Prozessoren, welche hunderte von Kilometern entfernt liegen.  Dennoch bricht nunmehr eine Zeit an, in der es möglich ist Berechnungen auf solch virtuellen Supercomputern auch mit kommunikationsintensiven Programmen durchzuführen. Eine grosse Klasse von kommunikations- und berechnungsintensiven Programmen ist diejenige, die die Lösung von Differentialgleichungen mithilfe von finiten Differenzen zum Inhalt hat. Gerade diese Klasse von Programmen und deren Betrieb in einem virtuellen Superrechner wird in dieser vorliegenden Dissertation behandelt. Methoden zur effizienteren Durchführung von solch verteilten Berechnungen werden entwickelt, analysiert und implementiert. Der Schwerpunkt liegt darin vorhandene, klassische Parallelisierungsalgorithmen zu analysieren und so zu erweitern, dass sie vorhandene Informationen (z.B. verfügbar durch das Globus Toolkit) über Maschinen und Netzwerke zur effizienteren Parallelisierung nutzen. Soweit wir wissen werden solche Zusatzinformationen kaum in relevanten Programmen genutzt, da der Grossteil aller Parallelisierungsalgorithmen implizit für die Ausführung auf Grossrechnern oder Clustern entwickelt wurde.
N2  - In order to face the rapidly increasing need for computational resources of various scientific and engineering applications one has to think of new ways to make more efficient use of the worlds current computational resources. In this respect, the growing speed of wide area networks made a new kind of distributed computing possible: Metacomputing or (distributed) Grid computing. This is a rather new and uncharted field in computational science. The rapidly increasing speed of networks even outperforms the average increase of processor speed: Processor speeds double on average each 18 month whereas network bandwidths double every 9 months. Due to this development of local and wide area networks Grid computing will certainly play a key role in the future of parallel computing.  This type of distributed computing, however, distinguishes from the traditional parallel computing in many ways since it has to deal with many problems not occurring in classical parallel computing. Those problems are for example heterogeneity, authentication and slow networks to mention only a few. Some of those problems, e.g. the allocation of distributed resources along with the providing of information about these resources to the application have been already attacked by the Globus software.  Unfortunately, as far as we know, hardly any application or middle-ware software takes advantage of this information, since most parallelizing algorithms for finite differencing codes are implicitly designed for single supercomputer or cluster execution. We show that although it is possible to apply classical parallelizing algorithms in a Grid environment, in most cases the observed efficiency of the executed code is very poor.  In this work we are closing this gap. In our thesis, we will - show that an execution of classical parallel codes in Grid environments is possible but very slow - analyze this situation of bad performance, nail down bottlenecks in communication, remove unnecessary overhead and other reasons for low performance - develop new and advanced algorithms for parallelisation that are aware of a Grid environment in order to generelize the traditional parallelization schemes - implement and test these new methods, replace and compare with the classical ones - introduce dynamic strategies that automatically adapt the running code to the nature of the underlying Grid environment.  The higher the performance one can achieve for a single application by manual tuning for a Grid environment, the lower the chance that those changes are widely applicable to other programs. In our analysis as well as in our implementation we tried to keep the balance between high performance and generality. None of our changes directly affect code on the application level which makes our algorithms applicable to a whole class of real world applications.  The implementation of our work is done within the Cactus framework using the Globus toolkit, since we think that these are the most reliable and advanced programming frameworks for supporting computations in Grid environments. On the other hand, however, we tried to be as general as possible, i.e. all methods and algorithms discussed in this thesis are independent of Cactus or Globus.
KW  - Paralleles Rechnen
KW  - Verteiltes Rechnen
KW  - Cactus
KW  - Globus
KW  - dynamisch
KW  - adaptiv
KW  - Grid Computing
KW  - Distributed Computing
KW  - Cactus
KW  - Globus
KW  - dynamic
KW  - adaptive
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000759
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lanfermann, Gerd
T1  - Nomadic migration : a service environment for autonomic computing on the Grid
N2  - In den vergangenen Jahren ist es zu einer dramatischen Vervielfachung der verfügbaren Rechenzeit gekommen. Diese 'Grid Ressourcen' stehen jedoch nicht als kontinuierlicher Strom zur Verfügung, sondern sind über verschiedene Maschinentypen, Plattformen und Betriebssysteme verteilt, die jeweils durch Netzwerke mit fluktuierender Bandbreite verbunden sind.  Es wird für Wissenschaftler zunehmend schwieriger, die verfügbaren Ressourcen für ihre Anwendungen zu nutzen. Wir glauben, dass intelligente, selbstbestimmende Applikationen in der Lage sein sollten, ihre Ressourcen in einer dynamischen und heterogenen Umgebung selbst zu wählen: Migrierende Applikationen suchen eine neue Ressource, wenn die alte aufgebraucht ist. 'Spawning'-Anwendungen lassen Algorithmen auf externen Maschinen laufen, um die Hauptanwendung zu beschleunigen. Applikationen werden neu gestartet, sobald ein Absturz endeckt wird. Alle diese Verfahren können ohne menschliche Interaktion erfolgen. Eine verteilte Rechenumgebung besitzt eine natürliche Unverlässlichkeit. Jede Applikation, die mit einer solchen Umgebung interagiert, muss auf die gestörten Komponenten reagieren können: schlechte Netzwerkverbindung, abstürzende Maschinen, fehlerhafte Software. Wir konstruieren eine verlässliche Serviceinfrastruktur, indem wir der Serviceumgebung eine 'Peer-to-Peer'-Topology aufprägen. Diese “Grid Peer Service” Infrastruktur beinhaltet Services wie Migration und Spawning, als auch Services zum Starten von Applikationen, zur Dateiübertragung und Auswahl von Rechenressourcen. Sie benutzt existierende Gridtechnologie wo immer möglich, um ihre Aufgabe durchzuführen. Ein Applikations-Information- Server arbeitet als generische Registratur für alle Teilnehmer in der Serviceumgebung. Die Serviceumgebung, die wir entwickelt haben, erlaubt es Applikationen z.B. eine Relokationsanfrage an einen Migrationsserver zu stellen. Der Server sucht einen neuen Computer, basierend auf den übermittelten Ressourcen-Anforderungen. Er transferiert den Statusfile des Applikation zu der neuen Maschine und startet die Applikation neu. Obwohl das umgebende Ressourcensubstrat nicht kontinuierlich ist, können wir kontinuierliche Berechnungen auf Grids ausführen, indem wir die Applikation migrieren. Wir zeigen mit realistischen Beispielen, wie sich z.B. ein traditionelles Genom-Analyse-Programm leicht modifizieren lässt, um selbstbestimmte Migrationen in dieser Serviceumgebung durchzuführen.
N2  - In recent years, there has been a dramatic increase in available compute capacities. However, these “Grid resources” are rarely accessible in a continuous stream, but rather appear scattered across various machine types, platforms and operating systems, which are coupled by networks of fluctuating bandwidth. It becomes increasingly difficult for scientists to exploit available resources for their applications. We believe that intelligent, self-governing applications should be able to select resources in a dynamic and heterogeneous environment: Migrating applications determine a resource when old capacities are used up. Spawning simulations launch algorithms on external machines to speed up the main execution. Applications are restarted as soon as a failure is detected. All these actions can be taken without human interaction.   A distributed compute environment possesses an intrinsic unreliability. Any application that interacts with such an environment must be able to cope with its failing components: deteriorating networks, crashing machines, failing software. We construct a reliable service infrastructure by endowing a service environment with a peer-to-peer topology. This “Grid Peer Services” infrastructure accommodates high-level services like migration and spawning, as well as fundamental services for application launching, file transfer and resource selection. It utilizes existing Grid technology wherever possible to accomplish its tasks. An Application Information Server acts as a generic information registry to all participants in a service environment.   The service environment that we developed, allows applications e.g. to send a relocation requests to a migration server. The server selects a new computer based on the transmitted resource requirements. It transfers the application's checkpoint and binary to the new host and resumes the simulation. Although the Grid's underlying resource substrate is not continuous, we achieve persistent computations on Grids by relocating the application. We show with our real-world examples that a traditional genome analysis program can be easily modified to perform self-determined migrations in this service environment.
KW  - Peer-to-Peer-Netz ; GRID computing ; Zuverlässigkeit ; Web Services ; Betriebsmittelverwaltung ; Migration
KW  - Grid
KW  - 'Peer To Peer'
KW  - Migration
KW  - Spawning
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000773
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fudickar, Sebastian
T1  - Sub Ghz transceiver for indoor localisation of smartphones
BT  - Optimising localisation accuracy and device runtimes
Y1  - 2014
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schindler, Sven
T1  - Honeypot Architectures for IPv6 Networks
Y1  - 2016
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jung, Jörg
T1  - Efficient credit based server load balancing
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Höllerer, Reinhard
T1  - Modellierung und Optimierung von Bürgerdiensten am Beispiel der Stadt Landshut
N2  - Die Projektierung und Abwicklung sowie die statische und dynamische Analyse von Geschäftsprozessen im Bereich des Verwaltens und Regierens auf kommunaler, Länder- wie auch Bundesebene mit Hilfe von Informations- und Kommunikationstechniken beschäftigen Politiker und Strategen für Informationstechnologie ebenso wie die Öffentlichkeit seit Langem. Der hieraus entstandene Begriff E-Government wurde in der Folge aus den unterschiedlichsten technischen, politischen und semantischen Blickrichtungen beleuchtet. 

Die vorliegende Arbeit konzentriert sich dabei auf zwei Schwerpunktthemen:
> Das erste Schwerpunktthema behandelt den Entwurf eines hierarchischen Architekturmodells, für welches sieben hierarchische Schichten identifiziert werden können. Diese erscheinen notwendig, aber auch hinreichend, um den allgemeinen Fall zu beschreiben. Den Hintergrund hierfür liefert die langjährige Prozess- und Verwaltungserfahrung als Leiter der EDV-Abteilung der Stadtverwaltung Landshut, eine kreisfreie Stadt mit rund 69.000 Einwohnern im Nordosten von München. Sie steht als Repräsentant für viele Verwaltungsvorgänge in der Bundesrepublik Deutschland und ist dennoch als Analyseobjekt in der Gesamtkomplexität und Prozessquantität überschaubar. Somit können aus der Analyse sämtlicher Kernabläufe statische und dynamische Strukturen extrahiert und abstrakt modelliert werden. Die Schwerpunkte liegen in der Darstellung der vorhandenen Bedienabläufe in einer Kommune. Die Transformation der Bedienanforderung in einem hierarchischen System, die Darstellung der Kontroll- und der Operationszustände in allen Schichten wie auch die Strategie der Fehlererkennung und Fehlerbehebung schaffen eine transparente Basis für umfassende Restrukturierungen und Optimierungen. Für die Modellierung wurde FMC-eCS eingesetzt, eine am Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH (HPI) im Fachgebiet Kommunikationssysteme entwickelte Methodik zur Modellierung zustandsdiskreter Systeme unter Berücksichtigung möglicher Inkonsistenzen 
>Das zweite Schwerpunktthema widmet sich der quantitativen Modellierung und Optimierung von E-Government-Bediensystemen, welche am Beispiel des Bürgerbüros der Stadt Landshut im Zeitraum 2008 bis 2015 durchgeführt wurden. Dies erfolgt auf Basis einer kontinuierlichen Betriebsdatenerfassung mit aufwendiger Vorverarbeitung zur Extrahierung mathematisch beschreibbarer Wahrscheinlichkeitsverteilungen. Der hieraus entwickelte Dienstplan wurde hinsichtlich der erzielbaren Optimierungen im dauerhaften Echteinsatz verifiziert.
Y1  - 2016
ER  - 
TY  - CHAP
ED  - Geske, Ulrich
ED  - Wolf, Armin
T1  - Proceedings of the 23rd Workshop on (Constraint) Logic Programming 2009
N2  - The workshops on (constraint) logic programming (WLP) are the annual meeting of the Society of Logic Programming (GLP e.V.) and bring together researchers interested in logic programming, constraint programming, and related areas like databases, artificial intelligence and operations research. The 23rd WLP was held in Potsdam at September 15 – 16, 2009. The topics of the presentations of WLP2009 were grouped into the major areas: Databases, Answer Set Programming, Theory and Practice of Logic Programming as well as Constraints and Constraint Handling Rules.
KW  - Logic Programming
KW  - Constraint Solving
KW  - Logics
KW  - Deduction
KW  - Planing
KW  - Optimization
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-37977
SN  - 978-3-86956-026-7
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Lagriffoul, Fabien
A1  - Andres, Benjamin
T1  - Combining task and motion planning
BT  - A culprit detection problem
JF  - The international journal of robotics research
N2  - Solving problems combining task and motion planning requires searching across a symbolic search space and a geometric search space. Because of the semantic gap between symbolic and geometric representations, symbolic sequences of actions are not guaranteed to be geometrically feasible. This compels us to search in the combined search space, in which frequent backtracks between symbolic and geometric levels make the search inefficient.We address this problem by guiding symbolic search with rich information extracted from the geometric level through culprit detection mechanisms.
KW  - combined task and motion planning
KW  - manipulation planning
Y1  - 2016
U6  - https://doi.org/10.1177/0278364915619022
SN  - 1741-3176
SN  - 0278-3649
VL  - 35
IS  - 8
SP  - 890
EP  - 927
PB  - Sage Science Press
CY  - Thousand Oaks
ER  - 
TY  - THES
A1  - Smirnov, Sergey
T1  - Business process model abstraction
T1  - Abstraktion von Geschäftsprozessmodellen
N2  - Business process models are used within a range of organizational initiatives, where every stakeholder has a unique perspective on a process and demands the respective model. As a consequence, multiple process models capturing the very same business process coexist. Keeping such models in sync is a challenge within an ever changing business environment: once a process is changed, all its models have to be updated. Due to a large number of models and their complex relations, model maintenance becomes error-prone and expensive. Against this background, business process model abstraction emerged as an operation reducing the number of stored process models and facilitating model management. Business process model abstraction is an operation preserving essential process properties and leaving out insignificant details in order to retain information relevant for a particular purpose. Process model abstraction has been addressed by several researchers. The focus of their studies has been on particular use cases and model transformations supporting these use cases. This thesis systematically approaches the problem of business process model abstraction shaping the outcome into a framework. We investigate the current industry demand in abstraction summarizing it in a catalog of business process model abstraction use cases. The thesis focuses on one prominent use case where the user demands a model with coarse-grained activities and overall process ordering constraints. We develop model transformations that support this use case starting with the transformations based on process model structure analysis. Further, abstraction methods considering the semantics of process model elements are investigated. First, we suggest how semantically related activities can be discovered in process models-a barely researched challenge. The thesis validates the designed abstraction methods against sets of industrial process models and discusses the method implementation aspects. Second, we develop a novel model transformation, which combined with the related activity discovery allows flexible non-hierarchical abstraction. In this way this thesis advocates novel model transformations that facilitate business process model management and provides the foundations for innovative tool support.
N2  - Geschäftsprozessmodelle werden in einer Fülle organisatorischer Initiativen eingesetzt, wobei verschiedene Stakeholder individuelle Ansprüche an die Sicht auf den jeweiligen Prozess haben. Dies führt dazu, dass zu einem Geschäftsprozess eine Vielzahl unterschiedlicher Modelle existiert. In einer sich ständig verändernden Geschäftsumgebung ist es daher schwierig, diese Vielzahl von Modellen konsistent zu halten: Ändert sich sich ein Prozess, müssen alle Modelle, die ihn beschreiben, aktualisiert werden. Aufgrund der schieren Menge an Prozessmodellen und ihrer komplexen Beziehungen zueinander, erhöhen sich Aufwand und Kosten zur Pflege aller Modelle enorm. Vor diesem Hintergrund ermöglicht die Abstraktion von Geschäftsprozessmodellen, die Menge der Modelle zu reduzieren und damit ihre Verwaltung zu vereinfachen. Abstraktion von Geschäftsprozessmodellen bezeichnet eine Transformation eines Prozessmodells, so dass es für einen bestimmten Zweck besonders geeignet ist. Bei der Abstraktion von Geschäftsprozessen bleiben essentielle Eigenschaften eines Modells erhalten, während irrelevante Eigenschaften verworfen werden. Mehrere Studien stellen Prozessmodellabstraktion in den Fokus und konzentrieren sich auf konkrete Anwendungsfälle, für die sie geeignete Transformationen entwickelt haben. Diese Dissertation untersucht das Problem der Prozessmodellabstraktion und systematisiert die Lösung in einem Framework. Aktuelle Anforderungen der Industrie an die Abstraktion von Prozessmodellen wurden recherchiert und in einem Katalog von Anwendungsfällen zusammengefasst, von denen ein besonderer für die weiteren Untersuchungen ausgewählt wurde. In diesem Fall erwartet der Nutzer ein Modell niedrigeren Detailgrades, in welchem die Kontrollflussbeziehungen des Ursprungsmodells erhalten bleiben. Beginnend bei Modelltransformationen, die auf der Analyse der Prozessmodellstruktur aufbauen, entwickeln wir neuartige Abstraktionsoperationen zur Unterstützung dieses Anwendungsfalles. Darüber hinaus untersuchen wir Abstraktionsmethoden, welche die Semantik von Prozessmodellelementen berücksichtigen. Zum einen zeigen wir, wie Aktivitäten ermittelt werden können, die miteinander in semantischer Beziehung stehen - ein Problem, das bisher nur unzureichend betrachtet wurde. Die vorgeschlagenen Methoden werden mithilfe industrieller Prozessmodellsammlungen validiert und deren Umsetzung diskutiert. Zum anderen schlagen wir eine innovative Modelltransformation zur nicht-hierarchischen Abstraktion von Prozessmodellen vor. Dieser liegt die Ermittlung in Beziehung stehender Aktivitäten zugrunde. Demzufolge präsentiert diese Arbeit eine originäre Methode zur Prozessmodellabstraktion, die die Verwaltung von Geschäftsprozessmodellen vereinfacht und den Grundstein für innovative Softwarewerkzeuge legt.
KW  - Abstraktion
KW  - Prozess
KW  - Modell
KW  - Transformation
KW  - Komplexität
KW  - abstraction
KW  - process
KW  - model
KW  - transformation
KW  - complexity
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-60258
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mahr, Philipp
T1  - Resource efficient communication in network-based reconfigurable on-chip systems
T1  - Ressourcen-effiziente Kommunikation in netzwerk-basierten, rekonfigurierbaren Systemen auf einem Chip
N2  - The constantly growing capacity of reconfigurable devices allows simultaneous execution of complex applications on those devices. The mere diversity of applications deems it impossible to design an interconnection network matching the requirements of every possible application perfectly, leading to suboptimal performance in many cases. However, the architecture of the interconnection network is not the only aspect affecting performance of communication. The resource manager places applications on the device and therefore influences latency between communicating partners and overall network load. Communication protocols affect performance by introducing data and processing overhead putting higher load on the network and increasing resource demand. Approaching communication holistically not only considers the architecture of the interconnect, but communication-aware resource management, communication protocols and resource usage just as well. Incorporation of different parts of a reconfigurable system during design- and runtime and optimizing them with respect to communication demand results in more resource efficient communication. Extensive evaluation shows enhanced performance and flexibility, if communication on reconfigurable devices is regarded in a holistic fashion.
N2  - Die Leistungsfähigkeit rekonfigurierbarer Rechensysteme steigt kontinuierlich und ermöglicht damit die parallele Ausführung von immer mehr und immer größeren Anwendungen. Die Vielfalt an Anwendungen macht es allerdings unmöglich ein optimales Kommunikationsnetzwerk zu entwickeln, welches die Anforderung jeder denkbaren Anwendung berücksichtigt. Die Performanz des rekonfigurierbaren Rechensystems sinkt. Das Kommunikationsnetzwerk ist jedoch nicht der einzige Teil des Systems, der Einfluss auf die Kommunikation- sperformanz nimmt. Die Ressourcenverwaltung des Systems beeinflusst durch die Platzierung der Anwendungen die Latenz zwischen Kommunikationspartnern und die Kommunikationslast im Netzwerk. Kommunikationsprotokolle beeinträchtigen die Performanz der Kommunikation durch Daten und Rechen- overhead, die ebenso zu erhöhter Netzwerklast sowie Ressourcenanforderungen führen. In einem ganzheitlichen Kommunikationsansatz wird nicht nur das Kommunikationsnetzwerk berücksichtigt, sondern außerdem Ressourcenverwaltung, Kommunikationsprotokolle und die anderweitige Verwendung vorhandener, temporär ungenutzter Kommunikationsressourcen. Durch Einbeziehung dieser Aspekte während Entwurfs- und Laufzeit und durch Optimierung unter Berücksichtigung der Kommunikationsanforderungen, wird eine ressourceneneffizien tere Kommunikation erreicht. Ausführliche Evaluationen zeigen, dass eine ganzheitliche Betrachtung von Kommunikationsfaktoren, Verbesserungen von Performanz und Flexibilität erzielt.
KW  - Rekonfiguration
KW  - Platzierung
KW  - Netzwerke
KW  - Kommunikation
KW  - reconfiguration
KW  - networks-on-chip
KW  - communication
KW  - placement
KW  - scheduling
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59914
ER  - 
TY  - THES
A1  - Heinze, Theodor
T1  - Analyse von Patientendaten und Entscheidungsunterstützung in der Telemedizin
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - CHAP
A1  - Froitzheim, Manuel
A1  - Bergner, Nadine
A1  - Schroeder, Ulrik
A1  - Hurtienne, Dominik
A1  - Spannagel, Christian
A1  - Roderus, Simon
A1  - Wienkop, Uwe
A1  - Leonhardt, Thiemo
A1  - Kwiecien, Alexandra
A1  - Schmetz, Arno
A1  - Bellgardt, Martin
A1  - Naumann, Uwe
A1  - Weßels, Doris
A1  - Metzger, Christiane
A1  - Längrich, Matthias
A1  - Schulze, Jörg
A1  - Jakoblew, Marcel
A1  - Keil, Reinhard
A1  - Winkelnkemper, Felix
A1  - Engbring, Dieter
A1  - Klar, Tilman-Mathies
A1  - Kujath, Bertold
A1  - Schütze, Christopher
A1  - Fietkau, Julian
A1  - Kindsmüller, Martin Christof
A1  - Göttel, Timo
A1  - Bergner, Nadine
A1  - Taraschewski, Christian
A1  - Vosseberg, Karin
A1  - Czernik, Sofie
A1  - Erb, Ulrike
A1  - Vielhaber, Michael
A1  - Schlierkamp, Kathrin
A1  - Thurner, Veronika
A1  - Bröker, Kathrin
ED  - Forbrig, Peter
ED  - Magenheim, Johannes
T1  - HDI 2014 – Gestalten von Übergängen
BT  - 6. Fachtagung Hochschuldidaktik der Informatik ; 15.-16. September 2014, Universität Freiburg
N2  - Die Tagung HDI 2014 in Freiburg zur Hochschuldidaktik der Informatik HDI wurde erneut vom Fachbereich Informatik und Ausbildung / Didaktik der Informatik (IAD) in der Gesellschaft für Informatik e. V. (GI) organisiert. Sie dient den Lehrenden der Informatik in Studiengängen an Hochschulen als Forum der Information und des Austauschs über neue didaktische Ansätze und bildungspolitische Themen im Bereich der Hochschulausbildung aus der fachlichen Perspektive der Informatik.
Die HDI 2014 ist nun bereits die sechste Ausgabe der HDI. Für sie wurde das spezielle Motto „Gestalten und Meistern von Übergängen“ gewählt. Damit soll ein besonderes Augenmerk auf die Übergänge von Schule zum Studium, vom Bachelor zum  Master, vom Studium zur Promotion oder vom Studium zur Arbeitswelt gelegt werden.
T3  - Commentarii informaticae didacticae (CID) - 9 
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-74920
SN  - 978-3-86956-313-8
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Albrecht, Alexander
T1  - Understanding and managing extract-transform-load systems
Y1  - 2013
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kuntzsch, Christian
T1  - Konzeption und Implementierung eines multimodalen Campusroutenplaners am Beispiel der Universität Potsdam
T1  - Conceptual design and implementation of a multimodal trip planner using the example of the University of Potsdam
BT  - Möglichkeiten und Grenzen der Nutzung von Open Source Software und freien Daten
BT  - possibilities and limitations using open source software and free data
N2  - Die regelmäßige Navigation durch den Raum gehört für Studenten der Universität Potsdam zum Alltag. Man möchte, unabhängig vom Fortbewegungsmittel, schnell und sicher von zu Hause zum Hörsaal oder Seminargebäude. Eine umfassende Navigationshilfe, die alle Transportmodi verbindet, wird dafür verlangt.
Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, ein Konzept für einen multimodalen Routenplaner zu entwickeln, der es Studenten und Gästen der Universität Potsdam ermöglicht, sich zwischen den dezentral gelegenen Campusstandorten zu bewegen – egal ob mit Bus und Bahn, dem Auto, Fahrrad oder zu Fuß. Die Implementierung erfolgt ausschließlich auf Grundlage freier Daten und freier, quelloffener Software (FOSS), die für diesen Zweck aufbereitet werden. Ergebnis ist eine webbasierte Applikation, die über eine Entwicklerschnittstelle (API) in andere Projekte eingebunden werden kann.
N2  - For Potsdam University students, navigation through space on a regular basis belongs to everyday life. There is a need for getting from one place to another as fast and as safe as possible, regardless of the means of transportation. A comprehensive navigational aid that connects any mode of transport is required.
The aim of this thesis is to develop a concept for a multimodal trip planner, allowing students and guests of the University of Potsdam, to move between the decentralized campus locations – whether by bus and train, car, bike or on foot. The implementation is done solely based on free data and free open source software (FOSS) which are processed for this purpose. The result is a web-based application, integrated with a developer interface (API) to use in other projects.
KW  - Navigation
KW  - freie Software
KW  - freie Daten
KW  - navigation
KW  - FOSS
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-77467
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schacht, Alexander
T1  - Konzepte und Strategien mobiler Plattformen zur Erfassung und Anlayse von Vitalparametern in heterogenen Telemonotoring-Systemen
Y1  - 2014
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Przybylla, Mareen
A1  - Romeike, Ralf
T1  - Key Competences with Physical Computing
JF  - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2  - Physical computing covers the design and realization of interactive
objects and installations and allows students to develop concrete,
tangible products of the real world that arise from the learners’
imagination. This way, constructionist learning is raised to a level that
enables students to gain haptic experience and thereby concretizes the
virtual. In this paper the defining characteristics of physical computing
are described. Key competences to be gained with physical computing
will be identified.
KW  - Defining characteristics of physical computing
KW  - key competences in physical computing
KW  - physical computing tools
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82904
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 7
SP  - 351
EP  - 361
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Wegner, Christian
A1  - Zender, Raphael
A1  - Lucke, Ulrike
T1  - ProtoSense
BT  - Interactive Paper Prototyping with Multi-Touch Tables
JF  - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
KW  - Interface design
KW  - paper prototyping
KW  - NUI
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82970
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 7
SP  - 405
EP  - 407
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Lai, Kwok-Wing
A1  - Davis, Niki
A1  - Eickelmann, Birgit
A1  - Erstad, Ola
A1  - Fisser, Petra
A1  - Gibson, David
A1  - Khaddage, Ferial
A1  - Knezek, Gerald
A1  - Webb, Mary
T1  - Tackling Educational Challenges in a Digitally Networked World
BT  - Strategies developed from the EDUSummIT 2013
JF  - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
KW  - Assessment
KW  - computational thinking
KW  - digitally-enabled pedagogies
KW  - educational systems
KW  - informal and formal learning
KW  - mobile learning
KW  - mobile technologies and apps
KW  - organisational evolution
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82997
SN  - 1868-0844
IS  - 7
SP  - 415
EP  - 423
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Tscherejkina, Anna
A1  - Morgiel, Anna
A1  - Moebert, Tobias
T1  - Computergestütztes Training von sozio-emotionalen Kompetenzen durch Minispiele
JF  - E-Learning Symposium 2018
N2  - Das Training sozioemotionaler Kompetenzen ist gerade für Menschen mit Autismus nützlich. Ein solches Training kann mithilfe einer spielbasierten Anwendung effektiv gestaltet werden. Zwei Minispiele, Mimikry und Emo-Mahjong, wurden realisiert und hinsichtlich User Experience evaluiert. Die jeweiligen Konzepte und die Evaluationsergebnisse sollen hier vorgestellt werden.
KW  - Computergestützes Training
KW  - User Experience
KW  - Digital Game Based Learning
KW  - Autismus
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-421937
SP  - 41
EP  - 52
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Tiwari, Abhishek
T1  - Enhancing Users’ Privacy: Static Resolution of the Dynamic Properties of Android
N2  - The usage of mobile devices is rapidly growing with Android being the most prevalent mobile operating system. Thanks to the vast variety of mobile applications, users are preferring smartphones over desktops for day to day tasks like Internet surfing. Consequently, smartphones store a plenitude of sensitive data. This data together with the high values of smartphones make them an attractive target for device/data theft (thieves/malicious applications).

Unfortunately, state-of-the-art anti-theft solutions do not work if they do not have an active network connection, e.g., if the SIM card was removed from the device. In the majority of these cases, device owners permanently lose their smartphone together with their personal data, which is even worse. 

Apart from that malevolent applications perform malicious activities to steal sensitive information from smartphones. Recent research considered static program analysis to detect dangerous data leaks. These analyses work well for data leaks due to inter-component communication, but suffer from shortcomings for inter-app communication with respect to precision, soundness, and scalability. 

This thesis focuses on enhancing users' privacy on Android against physical device loss/theft and (un)intentional data leaks. It presents three novel frameworks: (1) ThiefTrap, an anti-theft framework for Android, (2) IIFA, a modular inter-app intent information flow analysis of Android applications, and (3) PIAnalyzer, a precise approach for PendingIntent vulnerability analysis. 

ThiefTrap is based on a novel concept of an anti-theft honeypot account that protects the owner's data while preventing a thief from resetting the device. 
We implemented the proposed scheme and evaluated it through an empirical user study with 35 participants. In this study, the owner's data could be protected, recovered, and anti-theft functionality could be performed unnoticed from the thief in all cases.

IIFA proposes a novel approach for Android's inter-component/inter-app communication (ICC/IAC) analysis. Our main contribution is the first fully automatic, sound, and precise ICC/IAC information flow analysis that is scalable for realistic apps due to modularity, avoiding combinatorial explosion: Our approach determines communicating apps using short summaries rather than inlining intent calls between components and apps, which requires simultaneously analyzing all apps installed on a device.
We evaluate IIFA in terms of precision, recall, and demonstrate its scalability to a large corpus of real-world apps. IIFA reports 62 problematic ICC-/IAC-related information flows via two or more apps/components.

PIAnalyzer proposes a novel approach to analyze PendingIntent related vulnerabilities. PendingIntents are a powerful and universal feature of Android for inter-component communication. We empirically evaluate PIAnalyzer on a set of 1000 randomly selected applications and find 1358 insecure usages of PendingIntents, including 70 severe vulnerabilities.
N2  - Die Nutzung von mobilen Geräten nimmt rasant zu, wobei Android das häufigste mobile Betriebssystem ist. Dank der Vielzahl an mobilen Anwendungen bevorzugen Benutzer Smartphones gegenüber Desktops für alltägliche Aufgaben wie das Surfen im Internet. Folglich speichern Smartphones eine Vielzahl sensibler Daten. Diese Daten zusammen mit den hohen Werten von Smartphones machen sie zu einem attraktiven Ziel für Geräte/Datendiebstahl (Diebe/bösartige Anwendungen). 

Leider funktionieren moderne Diebstahlsicherungslösungen nicht, wenn sie keine aktive Netzwerkverbindung haben, z. B. wenn die SIM-Karte aus dem Gerät entnommen wurde. In den meisten Fällen verlieren Gerätebesitzer ihr Smartphone dauerhaft zusammen mit ihren persönlichen Daten, was noch schlimmer ist.

Abgesehen davon gibt es bösartige Anwendungen, die schädliche Aktivitäten ausführen, um vertrauliche Informationen von Smartphones zu stehlen. Kürzlich durchgeführte Untersuchungen berücksichtigten die statische Programmanalyse zur Erkennung gefährlicher Datenlecks. Diese Analysen eignen sich gut für Datenlecks aufgrund der Kommunikation zwischen Komponenten, weisen jedoch hinsichtlich der Präzision, Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit Nachteile für die Kommunikation zwischen Apps auf. 
Diese Dissertation konzentriert sich auf die Verbesserung der Privatsphäre der Benutzer auf Android gegen Verlust/Diebstahl von physischen Geräten und (un)vorsätzlichen Datenverlust. Es werden drei neuartige Frameworks vorgestellt: (1) ThiefTrap, ein Anti-Diebstahl-Framework für Android, (2) IIFA, eine modulare Inter-App Analyse des Informationsflusses von Android Anwendungen, und (3) PIAnalyzer, ein präziser Ansatz für PendingIntent Schwachstellenanalyse.

ThiefTrap basiert auf einem neuartigen Konzept eines Diebstahlschutzkontos, das die Daten des Besitzers schützt und verhindert, dass ein Dieb das Gerät zurücksetzt. Wir haben das vorgeschlagene Schema implementiert und durch eine empirische Anwenderstudie mit 35 Teilnehmern ausgewertet. In dieser Studie könnten die Daten des Besitzers geschützt und wiederhergestellt werden, und die Diebstahlsicherungsfunktion konnte in jedem Fall unbemerkt vom Dieb ausgeführt werden.

IIFA schlägt einen neuen Ansatz für die Analyse von Komponenten zwischen Komponenten/ Inter-App Kommunikation (ICC/IAC) von Android vor. Unser Hauptbeitrag ist die erste vollautomatische, solide und präzise ICC/IAC Informationsflussanalyse, die aufgrund ihrer Modularität für realistische Apps skalierbar ist und eine kombinatorische Explosion vermeidet: Unser Ansatz bestimmt, dass Apps über kurze Zusammenfassungen kommuniziert werden, anstatt Absichtsaufrufe zwischen Komponenten zu verwenden und Apps, bei denen gleichzeitig alle auf einem Gerät installierten Apps analysiert werden müssen. Wir bewerten IIFA in Bezug auf Präzision, Rückruf und demonstrieren seine Skalierbarkeit für einen großen Korpus realer Apps. IIFA meldet 62 problematische ICC- / IAC-bezogene Informationsflüsse über zwei oder mehr Apps / Komponenten.

PIAnalyzer schlägt einen neuen Ansatz vor, um Schwachstellen im Zusammenhang mit PendingIntent zu analysieren. PendingIntents nutzen eine leistungsstarke und universelle Funktion von Android für die Kommunikation zwischen Komponenten. Wir evaluieren PIAnalyzer empirisch an einem Satz von 1000 zufällig ausgewählten Anwendungen und finden 1358 unsichere Verwendungen von PendingIntents, einschließlich 70 schwerwiegender Schwachstellen.
KW  - Android Security
KW  - Static Analysis
KW  - Privacy Protection
Y1  - 2019
ER  - 
TY  - BOOK
A1  - Stechert, Peer
T1  - Fachdidaktische Diskussion von Informatiksystemen und der Kompetenzentwicklung im Informatikunterricht
N2  - In der vorliegenden Arbeit wird ein Unterrichtsmodell zur Kompetenzentwicklung mit Informatiksystemen für die Sekundarstufe II vorgestellt. Der Bedarf wird u. a. damit begründet, dass Informatiksysteme zu Beginn des 21. Jahrhunderts allgegenwärtig sind (Kapitel 1). Für Kompetenzentwicklung mit Informatiksystemen sind diese in ihrer Einheit aus Hardware, Software und Vernetzung anhand ihres nach außen sichtbaren Verhaltens, der inneren Struktur und Implementierungsaspekten zu analysieren. Ausgehend vom Kompetenzbegriff (Kapitel 2) und dem Informatiksystembegriff (Kapitel 3) erfolgt eine Analyse des fachdidaktischen Forschungsstandes zur Kompetenzentwicklung mit Informatiksystemen. Die Ergebnisse lassen sich in die Bereiche (1) Bildungsziele, (2) Unterrichtsinhalte, (3) Lehr-Lernmethodik und (4) Lehr-Lernmedien aufteilen (Kapitel 4). In Kapitel 5 wird die Unterrichtsmodellentwicklung beschrieben. Den Zugang zu Informatiksystemen bildet in der vorliegenden Dissertationsschrift das nach außen sichtbare Verhalten. Es erfolgt eine Fokussierung auf vernetzte fundamentale Ideen der Informatik und Strukturmodelle von Informatiksystemen als Unterrichtsinhalte. Es wird begründet, dass ausgewählte objektorientierte Entwurfsmuster vernetzte fundamentale Ideen repräsentieren. In Abschnitt 5.4 werden dementsprechend Entwurfsmuster als Wissensrepräsentation für vernetzte fundamentale Ideen klassifiziert. Das systematische Erkunden des Verhaltens von Informatiksystemen wird im Informatikunterricht bisher kaum thematisiert. Es werden Schülertätigkeiten in Anlehnung an Unterrichtsexperimente angegeben, die Schüler unterstützen, Informatiksysteme bewusst und gezielt anzuwenden (Abschnitt 5.5). Bei dieser Lehr-Lernmethodik werden das nach außen sichtbare Verhalten von Informatiksystemen, im Sinne einer Black-Box, und das Wechselspiel von Verhalten und Struktur bei vorliegender Implementierung des Systems als White-Box analysiert. Die Adressierung schrittweise höherer kognitiver Niveaustufen wird in die Entwicklung einbezogen. Unterstützend wird für das Unterrichtsmodell lernförderliche Software gestaltet, die vernetzte fundamentale Ideen in Entwurfsmustern und das Experimentieren aufgreift (Abschnitt 5.6). Schwerpunkte bilden im Unterrichtsmodell zwei Arten von lernförderlicher Software: (1) Die Lernsoftware Pattern Park wurde von einer studentischen Projektgruppe entwickelt. In ihr können in Entwurfsmustern enthaltene fundamentale Ideen der Informatik über ihren Lebensweltbezug im Szenario eines Freizeitparks analysiert werden. (2) Als weitere Art Lernsoftware werden kleine Programme eingesetzt, deren innere Struktur durch ausgewählte Entwurfsmuster gebildet und deren Verhalten direkt durch die darin enthaltenen fundamentalen Ideen bestimmt wird. Diese Programme können durch die Experimente im Unterricht systematisch untersucht werden. Mit dem Ziel, die normative Perspektive um Rückkopplung mit der Praxis zu ergänzen, werden zwei Erprobungen im Informatikunterricht vorgenommen. Diese liefern Erkenntnisse zur Machbarkeit des Unterrichtsmodells und dessen Akzeptanz durch die Schüler (Kapitel 6 und 8). Exemplarisch umgesetzt werden die Themen Zugriffskontrolle mit dem Proxymuster, Iteration mit dem Iteratormuster und Systemzustände mit dem Zustandsmuster. Der intensive Austausch mit Informatiklehrpersonen in der Kooperationsschule über Informatiksysteme und Kompetenzentwicklung sowie die Durchführung von zwei Lehrerfortbildungen ergänzen die Beobachtungen im unterrichtlichen Geschehen. Die erste Unterrichtserprobung resultiert in einer Weiterentwicklung des Unterrichtsmodells zu Informatiksystemen und Kompetenzentwicklung (Kapitel 7). Darin erfolgt eine Fokussierung auf das nach außen sichtbare Verhalten von Informatiksystemen und eine Verfeinerung der Perspektiven auf innere Struktur und ausgewählte Implementierungsaspekte. Anschließend wird die zweite Unterrichtserprobung durchgeführt und evaluiert (Kapitel 8). Am Schluss der Forschungsarbeit steht ein in empirischen Phasen erprobtes Unterrichtsmodell.
N2  - In the 21st century, informatics systems are ubiquitous. Therefore, the author presents an educational model for competencies with respect to informatics systems (Chapter 1). To achieve such competencies at upper secondary level, observable behaviour, internal structure and implementation aspects of informatics systems have to be analysed by students. Based on a definition of the terms competency (Chapter 2) and informatics system (Chapter 3), the state of the art in Didactics of Informatics is investigated. In the national and international scientific work, (1) educational objectives, (2) themes and subject matters, (3) teaching and learning methods, as well as (4) educational means and media are identified (Chapter 4). In Chapter 5 the development of the educational model is described. The approach to competencies with respect to informatics systems concentrates on the observable behaviour of the systems. We focus on networked fundamental ideas of informatics as a quality factor and structural models of informatics systems. Selected object-oriented design patterns represent networked fundamental ideas. In Section 5.4 design patterns as knowledge representations of fundamental ideas are classified. Systematic exploration of informatics systems is uncommon in informatics education at upper secondary level. Therefore, students' activities are developed according to educational experiments to enable students to use systems consciously (Section 5.5). Systematic exploration puts students in a position to analyse the observable behaviour as a black box. Given the source code and documentation of a system, experimenting with such a system relates behaviour to its internal structure. Succeeding cognitive processes are also considered in this approach. To support learning, software was developed, which emphasises fundamental ideas in design patterns and enables experimenting (Section 5.6). There are two kinds of learning software: (1) The learning software Pattern Park was developed by a student project group. In the software fundamental ideas within design patterns can be understood through a real-life analogy in the context of a theme park. (2) As a second kind of learning software we use small programs, whose internal structure is built by selected design patterns. Their observable behaviour depends on networked fundamental ideas of informatics. These programs can be analysed systematically by students. Aiming at complementing the normative perspective with concrete learning processes, two classroom practice projects were conducted. These offered results with respect to feasibility of the educational model and acceptance by the students (Chapter 6 and 8). Exemplarily, access control by Proxy design pattern, iteration by Iterator design pattern, and states of systems by State design pattern were chosen. Cooperation with teachers and conduction of teacher training workshops complement observations within the classroom projects. The first classroom project resulted in a refinement of theory to foster competencies with respect to informatics systems (Chapter 7). In particular, perspectives on informatics systems were elaborated. Afterwards, a second classroom project was conducted and evaluated (Chapter 8). In conclusion of the research project, there is an empirically tested educational model to foster competencies with respect to informatics systems.
T3  - Commentarii informaticae didacticae (CID) - 2 
KW  - Informatik
KW  - Informatikunterricht
KW  - Entwurfsmuster
KW  - Informatiksystem
KW  - Informatikdidaktik
KW  - Kompetenz
KW  - Lernsoftware
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-37959
SN  - 978-3-86956-024-3
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - CHAP
A1  - Keil, Reinhard
A1  - Koubek, Jochen
A1  - Martens, Alke
A1  - Schulte, Carsten
A1  - Bieniusa, Annette
A1  - Degen, Markus
A1  - Heidegger, Phillip
A1  - Thiemann, Peter
A1  - Gasbichler, Martin
A1  - Crestani, Marcus
A1  - Klaeren, Herbert
A1  - Knauel, Eric
A1  - Sperber, Michael
A1  - Eirund, Helmut
A1  - Sethmann, Richard
A1  - Weicker, Nicole
A1  - Weicker, Karsten
A1  - Reinhardt, Wolfgang
A1  - Magenheim, Johannes
A1  - Bender, Katrin
A1  - Steinert, Markus
A1  - Schwidrowski, Kirstin
A1  - Schmidt, Thilo
A1  - Brück, Rainer
A1  - Freischlad, Stefan
A1  - Schubert, Sigrid
A1  - Stechert, Peer
A1  - Kujath, Bertold
ED  - Schwill, Andreas
T1  - Hochschuldidaktik der Informatik : HDI2008 – 3. Workshop des GI-Fachbereichs Ausbildung und Beruf/Didaktik der Informatik ; 04. - 05. Dezember 2008 an der Universität Potsdam
N2  - Thema des Workshops waren alle Fragen, die sich der Vermittlung von Informatikgegenständen im Hochschulbereich widmen. Dazu gehören u.a.: - fachdidaktische Konzepte der Vermittlung einzelner Informatikgegenstände - methodische Lösungen, wie spezielle Lehr- und Lernformen, Durchführungskonzepte - Studienkonzepte und Curricula, insbesondere im Zusammenhang mit Bachelor- und Masterstudiengängen - E-Learning-Ansätze, wenn sie ein erkennbares didaktisches Konzept verfolgen empirische Ergebnisse und Vergleichsstudien. Die Fachtagung widmete sich ausgewählten Fragestellungen dieses Themenkomplexes, die durch Vorträge ausgewiesener Experten, durch eingereichte Beiträge und durch eine Präsentation intensiv behandelt wurden.
T3  - Commentarii informaticae didacticae (CID) - 1 
KW  - Informatik
KW  - Ausbildung
KW  - Didaktik
KW  - Hochschuldidaktik
KW  - informatics
KW  - education
KW  - didactics
KW  - higher education
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-28080
SN  - 978-3-940793-75-1
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Decker, Gero
T1  - Design and analysis of process choreographies
T1  - Design und Analyse von Prozesschoreographien
N2  - With the rise of electronic integration between organizations, the need for a precise specification of interaction behavior increases. Information systems, replacing interaction previously carried out by humans via phone, faxes and emails, require a precise specification for handling all possible situations. Such interaction behavior is described in process choreographies. Choreographies enumerate the roles involved, the allowed interactions, the message contents and the behavioral dependencies between interactions. Choreographies serve as interaction contract and are the starting point for adapting existing business processes and systems or for implementing new software components. As a thorough analysis and comparison of choreography modeling languages is missing in the literature, this thesis introduces a requirements framework for choreography languages and uses it for comparing current choreography languages. Language proposals for overcoming the limitations are given for choreography modeling on the conceptual and on the technical level. Using an interconnection modeling style, behavioral dependencies are defined on a per-role basis and different roles are interconnected using message flow. This thesis reveals a number of modeling "anti-patterns" for interconnection modeling, motivating further investigations on choreography languages following the interaction modeling style. Here, interactions are seen as atomic building blocks and the behavioral dependencies between them are defined globally. Two novel language proposals are put forward for this modeling style which have already influenced industrial standardization initiatives. While avoiding many of the pitfalls of interconnection modeling, new anomalies can arise in interaction models. A choreography might not be realizable, i.e. there does not exist a set of interacting roles that collectively realize the specified behavior. This thesis investigates different dimensions of realizability.
N2  - Elektronische Integration zwischen Organisationen erfordert eine präzise Spezifikation des Interaktionsverhaltens: Informationssysteme, die Kommunikation per Telefon, Fax und Email ablösen, können nicht so flexibel und selbständig auf Ausnahmesituationen reagieren wie Menschen. Choreographien ermöglichen es, Interaktionsverhalten genau zu spezifizieren. Diese Modelle zählen die beteiligten Rollen, die erlaubten Interaktionen, Nachrichteninhalte und Verhaltensabhängigkeiten auf und dienen somit als Interaktionsvertrag zwischen den Organisationen. Auch als Ausgangspunkt für eine Anpassung existierender Prozesse und Systeme sowie für die Implementierung neuer Softwarekomponenten finden Choreographien Anwendung. Da ein Vergleich von Choreographiemodellierungssprachen in der Literatur bislang fehlt, präsentiert diese Arbeit einen Anforderungskatalog, der als Basis für eine Evaluierung existierender Sprachen angewandt wird. Im Kern führt diese Arbeit Spracherweiterungen ein, um die Schwächen existierender Sprachen zu überwinden. Die vorgestellten Erweiterungen adressieren dabei Modellierung auf konzeptioneller und auf technischer Ebene. Beim Verlinkungsmodellierungsstil werden Verhaltensabhängigkeiten innerhalb der beteiligten Rollen spezifiziert und das Interaktionsverhalten entsteht durch eine Verlinkung der Kommunikationsaktivitäten. Diese Arbeit stellt einige "Anti-Pattern" für die Verlinkungsmodellierung vor, welche wiederum Untersuchungen bzgl. Choreographiesprachen des Interaktionsmodellierungsstils motivieren. Hier werden Interaktionen als atomare Blöcke verstanden und Verhaltensabhängigkeiten werden global definiert. Diese Arbeit führt zwei neue Choreographiesprachen dieses zweiten Modellierungsstils ein, welche bereits in industrielle Standardisierungsinitiativen eingeflossen sind. Während auf der einen Seite zahlreiche Fallstricke der Verlinkungsmodellierung umgangen werden, können in Interaktionsmodellen allerdings neue Anomalien entstehen. Eine Choreographie kann z.B. "unrealisierbar" sein, d.h. es ist nicht möglich interagierende Rollen zu finden, die zusammen genommen das spezifizierte Verhalten abbilden. Dieses Phänomen wird in dieser Arbeit über verschiedene Dimensionen von Realisierbarkeit untersucht.
KW  - Prozessmodellierung
KW  - Choreographien
KW  - Interaktionsmodellierung
KW  - Verifikation
KW  - Sprachdesign
KW  - Process modeling
KW  - choreographies
KW  - interaction modeling
KW  - verification
KW  - language design
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-40761
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Steinert, Fritjof
A1  - Stabernack, Benno
T1  - Architecture of a low latency H.264/AVC video codec for robust ML based image classification how region of interests can minimize the impact of coding artifacts
JF  - Journal of Signal Processing Systems for Signal, Image, and Video Technology
N2  - The use of neural networks is considered as the state of the art in the field of image classification. A large number of different networks are available for this purpose, which, appropriately trained, permit a high level of classification accuracy. Typically, these networks are applied to uncompressed image data, since a corresponding training was also carried out using image data of similar high quality. However, if image data contains image errors, the classification accuracy deteriorates drastically. This applies in particular to coding artifacts which occur due to image and video compression. Typical application scenarios for video compression are narrowband transmission channels for which video coding is required but a subsequent classification is to be carried out on the receiver side. In this paper we present a special H.264/Advanced Video Codec (AVC) based video codec that allows certain regions of a picture to be coded with near constant picture quality in order to allow a reliable classification using neural networks, whereas the remaining image will be coded using constant bit rate. We have combined this feature with the ability to run with lowest latency properties, which is usually also required in remote control applications scenarios. The codec has been implemented as a fully hardwired High Definition video capable hardware architecture which is suitable for Field Programmable Gate Arrays.
KW  - H.264
KW  - Advanced Video Codec (AVC)
KW  - Low Latency
KW  - Region of Interest
KW  - Machine Learning
KW  - Inference
KW  - FPGA
KW  - Hardware accelerator
Y1  - 2022
U6  - https://doi.org/10.1007/s11265-021-01727-2
SN  - 1939-8018
SN  - 1939-8115
VL  - 94
IS  - 7
SP  - 693
EP  - 708
PB  - Springer
CY  - New York
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Huang, Yizhen
A1  - Richter, Eric
A1  - Kleickmann, Thilo
A1  - Wiepke, Axel
A1  - Richter, Dirk
T1  - Classroom complexity affects student teachers’ behavior in a VR classroom
JF  - Computers & education : an international journal
N2  - Student teachers often struggle to keep track of everything that is happening in the classroom, and particularly to notice and respond when students cause disruptions. The complexity of the classroom environment is a potential contributing factor that has not been empirically tested. In this experimental study, we utilized a virtual reality (VR) classroom to examine whether classroom complexity affects the likelihood of student teachers noticing disruptions and how they react after noticing. Classroom complexity was operationalized as the number of disruptions and the existence of overlapping disruptions (multidimensionality) as well as the existence of parallel teaching tasks (simultaneity). Results showed that student teachers (n = 50) were less likely to notice the scripted disruptions, and also less likely to respond to the disruptions in a comprehensive and effortful manner when facing greater complexity. These results may have implications for both teacher training and the design of VR for training or research purpose. This study contributes to the field from two aspects: 1) it revealed how features of the classroom environment can affect student teachers' noticing of and reaction to disruptions; and 2) it extends the functionality of the VR environment-from a teacher training tool to a testbed of fundamental classroom processes that are difficult to manipulate in real-life.
KW  - Augmented and virtual reality
KW  - Simulations
KW  - Improving classroom
KW  - teaching
KW  - Media in education
KW  - Pedagogical issues
Y1  - 2021
U6  - https://doi.org/10.1016/j.compedu.2020.104100
SN  - 0360-1315
SN  - 1873-782X
VL  - 163
PB  - Elsevier
CY  - Oxford
ER  - 
TY  - THES
A1  - Holz, Christian
T1  - 3D from 2D touch
T1  - 3D von 2D-Berührungen
N2  - While interaction with computers used to be dominated by mice and keyboards, new types of sensors now allow users to interact through touch, speech, or using their whole body in 3D space. These new interaction modalities are often referred to as "natural user interfaces" or "NUIs." While 2D NUIs have experienced major success on billions of mobile touch devices sold, 3D NUI systems have so far been unable to deliver a mobile form factor, mainly due to their use of cameras. The fact that cameras require a certain distance from the capture volume has prevented 3D NUI systems from reaching the flat form factor mobile users expect. In this dissertation, we address this issue by sensing 3D input using flat 2D sensors. The systems we present observe the input from 3D objects as 2D imprints upon physical contact. By sampling these imprints at very high resolutions, we obtain the objects' textures. In some cases, a texture uniquely identifies a biometric feature, such as the user's fingerprint. In other cases, an imprint stems from the user's clothing, such as when walking on multitouch floors. By analyzing from which part of the 3D object the 2D imprint results, we reconstruct the object's pose in 3D space. While our main contribution is a general approach to sensing 3D input on 2D sensors upon physical contact, we also demonstrate three applications of our approach. (1) We present high-accuracy touch devices that allow users to reliably touch targets that are a third of the size of those on current touch devices. We show that different users and 3D finger poses systematically affect touch sensing, which current devices perceive as random input noise. We introduce a model for touch that compensates for this systematic effect by deriving the 3D finger pose and the user's identity from each touch imprint. We then investigate this systematic effect in detail and explore how users conceptually touch targets. Our findings indicate that users aim by aligning visual features of their fingers with the target. We present a visual model for touch input that eliminates virtually all systematic effects on touch accuracy. (2) From each touch, we identify users biometrically by analyzing their fingerprints. Our prototype Fiberio integrates fingerprint scanning and a display into the same flat surface, solving a long-standing problem in human-computer interaction: secure authentication on touchscreens. Sensing 3D input and authenticating users upon touch allows Fiberio to implement a variety of applications that traditionally require the bulky setups of current 3D NUI systems. (3) To demonstrate the versatility of 3D reconstruction on larger touch surfaces, we present a high-resolution pressure-sensitive floor that resolves the texture of objects upon touch. Using the same principles as before, our system GravitySpace analyzes all imprints and identifies users based on their shoe soles, detects furniture, and enables accurate touch input using feet. By classifying all imprints, GravitySpace detects the users' body parts that are in contact with the floor and then reconstructs their 3D body poses using inverse kinematics. GravitySpace thus enables a range of applications for future 3D NUI systems based on a flat sensor, such as smart rooms in future homes. We conclude this dissertation by projecting into the future of mobile devices. Focusing on the mobility aspect of our work, we explore how NUI devices may one day augment users directly in the form of implanted devices.
N2  - Die Interaktion mit Computern war in den letzten vierzig Jahren stark von Tastatur und Maus geprägt. Neue Arten von Sensoren ermöglichen Computern nun, Eingaben durch Berührungs-, Sprach- oder 3D-Gestensensoren zu erkennen. Solch neuartige Formen der Interaktion werden häufig unter dem Begriff "natürliche Benutzungsschnittstellen" bzw. "NUIs" (englisch natural user interfaces) zusammengefasst. 2D-NUIs ist vor allem auf Mobilgeräten ein Durchbruch gelungen; über eine Milliarde solcher Geräte lassen sich durch Berührungseingaben bedienen. 3D-NUIs haben sich jedoch bisher nicht auf mobilen Plattformen durchsetzen können, da sie Nutzereingaben vorrangig mit Kameras aufzeichnen. Da Kameras Bilder jedoch erst ab einem gewissen Abstand auflösen können, eignen sie sich nicht als Sensor in einer mobilen Plattform. In dieser Arbeit lösen wir dieses Problem mit Hilfe von 2D-Sensoren, von deren Eingaben wir 3D-Informationen rekonstruieren. Unsere Prototypen zeichnen dabei die 2D-Abdrücke der Objekte, die den Sensor berühren, mit hoher Auflösung auf. Aus diesen Abdrücken leiten sie dann die Textur der Objekte ab. Anhand der Stelle der Objektoberfläche, die den Sensor berührt, rekonstruieren unsere Prototypen schließlich die 3D-Ausrichtung des jeweiligen Objektes. Neben unserem Hauptbeitrag der 3D-Rekonstruktion stellen wir drei Anwendungen unserer Methode vor. (1) Wir präsentieren Geräte, die Berührungseingaben dreimal genauer als existierende Geräte messen und damit Nutzern ermöglichen, dreimal kleinere Ziele zuverlässig mit dem Finger auszuwählen. Wir zeigen dabei, dass sowohl die Haltung des Fingers als auch der Benutzer selbst einen systematischen Einfluss auf die vom Sensor gemessene Position ausübt. Da existierende Geräte weder die Haltung des Fingers noch den Benutzer erkennen, nehmen sie solche Variationen als Eingabeungenauigkeit wahr. Wir stellen ein Modell für Berührungseingabe vor, das diese beiden Faktoren integriert, um damit die gemessenen Eingabepositionen zu präzisieren. Anschließend untersuchen wir, welches mentale Modell Nutzer beim Berühren kleiner Ziele mit dem Finger anwenden. Unsere Ergebnisse deuten auf ein visuelles Modell hin, demzufolge Benutzer Merkmale auf der Oberfläche ihres Fingers an einem Ziel ausrichten. Bei der Analyse von Berührungseingaben mit diesem Modell verschwinden nahezu alle zuvor von uns beobachteten systematischen Effekte. (2) Unsere Prototypen identifizieren Nutzer anhand der biometrischen Merkmale von Fingerabdrücken. Unser Prototyp Fiberio integriert dabei einen Fingerabdruckscanner und einen Bildschirm in die selbe Oberfläche und löst somit das seit Langem bestehende Problem der sicheren Authentifizierung auf Berührungsbildschirmen. Gemeinsam mit der 3D-Rekonstruktion von Eingaben ermöglicht diese Fähigkeit Fiberio, eine Reihe von Anwendungen zu implementieren, die bisher den sperrigen Aufbau aktueller 3D-NUI-Systeme voraussetzten. (3) Um die Flexibilität unserer Methode zu zeigen, implementieren wir sie auf einem großen, berührungsempfindlichen Fußboden, der Objekttexturen bei der Eingabe ebenfalls mit hoher Auflösung aufzeichnet. Ähnlich wie zuvor analysiert unser System GravitySpace diese Abdrücke, um Nutzer anhand ihrer Schuhsolen zu identifizieren, Möbelstücke auf dem Boden zu erkennen und Nutzern präzise Eingaben mittels ihrer Schuhe zu ermöglichen. Indem GravitySpace alle Abdrücke klassifiziert, erkennt das System die Körperteile der Benutzer, die sich in Kontakt mit dem Boden befinden. Aus der Anordnung dieser Kontakte schließt GravitySpace dann auf die Körperhaltungen aller Benutzer in 3D. GravitySpace hat daher das Potenzial, Anwendungen für zukünftige 3D-NUI-Systeme auf einer flachen Oberfläche zu implementieren, wie zum Beispiel in zukünftigen intelligenten Wohnungen. Wie schließen diese Arbeit mit einem Ausblick auf zukünftige interaktive Geräte. Dabei konzentrieren wir uns auf den Mobilitätsaspekt aktueller Entwicklungen und beleuchten, wie zukünftige mobile NUI-Geräte Nutzer in Form implantierter Geräte direkt unterstützen können.
KW  - HCI
KW  - Berührungseingaben
KW  - Eingabegenauigkeit
KW  - Modell
KW  - Mobilgeräte
KW  - HCI
KW  - touch input
KW  - input accuracy
KW  - model
KW  - mobile devices
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-67796
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mueller, Stefanie
T1  - Interacting with personal fabrication devices
T1  - Interaktion mit Personal Fabrication Geräten
N2  - Personal fabrication tools, such as 3D printers, are on the way of enabling a future in which non-technical users will be able to create custom objects. However, while the hardware is there, the current interaction model behind existing design tools is not suitable for non-technical users. Today, 3D printers are operated by fabricating the object in one go, which tends to take overnight due to the slow 3D printing technology. Consequently, the current interaction model requires users to think carefully before printing as every mistake may imply another overnight print. Planning every step ahead, however, is not feasible for non-technical users as they lack the experience to reason about the consequences of their design decisions. 

In this dissertation, we propose changing the interaction model around personal fabrication tools to better serve this user group. We draw inspiration from personal computing and argue that the evolution of personal fabrication may resemble the evolution of personal computing: Computing started with machines that executed a program in one go before returning the result to the user. By decreasing the interaction unit to single requests, turn-taking systems such as the command line evolved, which provided users with feedback after every input. Finally, with the introduction of direct-manipulation interfaces, users continuously interacted with a program receiving feedback about every action in real-time. In this dissertation, we explore whether these interaction concepts can be applied to personal fabrication as well. 

We start with fabricating an object in one go and investigate how to tighten the feedback-cycle on an object-level: We contribute a method called low-fidelity fabrication, which saves up to 90% fabrication time by creating objects as fast low-fidelity previews, which are sufficient to evaluate key design aspects. Depending on what is currently being tested, we propose different conversions that enable users to focus on different parts: faBrickator allows for a modular design in the early stages of prototyping; when users move on WirePrint allows quickly testing an object's shape, while Platener allows testing an object's technical function. We present an interactive editor for each technique and explain the underlying conversion algorithms.

By interacting on smaller units, such as a single element of an object, we explore what it means to transition from systems that fabricate objects in one go to turn-taking systems. We start with a 2D system called constructable: Users draw with a laser pointer onto the workpiece inside a laser cutter. The drawing is captured with an overhead camera. As soon as the the user finishes drawing an element, such as a line, the constructable system beautifies the path and cuts it--resulting in physical output after every editing step. We extend constructable towards 3D editing by developing a novel laser-cutting technique for 3D objects called LaserOrigami that works by heating up the workpiece with the defocused laser until the material becomes compliant and bends down under gravity. While constructable and LaserOrigami allow for fast physical feedback, the interaction is still best described as turn-taking since it consists of two discrete steps: users first create an input and afterwards the system provides physical output.  

By decreasing the interaction unit even further to a single feature, we can achieve real-time physical feedback: Input by the user and output by the fabrication device are so tightly coupled that no visible lag exists. This allows us to explore what it means to transition from turn-taking interfaces, which only allow exploring one option at a time, to direct manipulation interfaces with real-time physical feedback, which allow users to explore the entire space of options continuously with a single interaction. We present a system called FormFab, which allows for such direct control. FormFab is based on the same principle as LaserOrigami: It uses a workpiece that when warmed up becomes compliant and can be reshaped. However, FormFab achieves the reshaping not based on gravity, but through a pneumatic system that users can control interactively. As users interact, they see the shape change in real-time.

We conclude this dissertation by extrapolating the current evolution into a future in which large numbers of people use the new technology to create objects. We see two additional challenges on the horizon: sustainability and intellectual property. We investigate sustainability by demonstrating how to print less and instead patch physical objects. We explore questions around intellectual property with a system called Scotty that transfers objects without creating duplicates, thereby preserving the designer's copyright.
N2  - Personal Fabrication Geräte, wie zum Beispiel 3D Drucker, sind dabei eine Zukunft zu ermöglichen in der selbst Benutzer ohne technisches Fachwissen eigene Objekte erstellen können. Obwohl die Hardware nun verfügbar ist, gibt es derzeit kein geeignetes Interaktionsmodel für Benutzer ohne Fachwissen. Heutzutage werden Objekte mit dem 3D Drucker in einem Stück hergestellt. Da der 3D Druck noch ein sehr langsames Verfahren ist und häufig so lange dauert, dass das Objekt über Nacht hergestellt werden muss, müssen Benutzer sorgfältig alles überprüfen bevor sie den Druckauftrag abschicken, da jeder Fehler einen weiteren Tag Wartezeit bedeuten kann. Benutzer ohne technischen Hintergrund haben jedoch nicht das notwendige Fachwissen um alle Faktoren vorhersagen zu können. 

In dieser Dissertation schlagen wir vor das Interaktionsmodel von Personal Fabrication Geräten zu ändern, um diese Benutzer besser zu unterstützen. Wir argumentieren, dass die Entwicklung von Personal Fabrication Geräten der Entwicklung von Personal Computern gleicht. Die ersten Computer arbeiteten ein Programm vollständig ab, bevor sie ein Ergebnis an den Benutzer zurückgaben. Durch die Verkleinerung der Interaktionseinheit von ganzen Programmen zu einzelnen Anfragen wurden turn-taking Systeme wie die Kommandozeile möglich. Mit der Einführung von direkter Manipulation konnten Benutzer schließlich kontinuierlich mit dem Program arbeiten: sie erhielten Feedback über jede einzelne Interaktion in Echtzeit. Wir untersuchen in dieser Arbeit ob die gleichen Interaktionskonzepte auf Personal Fabrication Geräte angewendet werden können.

Wir beginnen diese Arbeit damit zu untersuchen wie man die Feedbackzeit bei der Interaktion mit ganzen Objekten verkürzen kann. Wir präsentieren eine Methode mit dem Namen Low-fidelity Fabrication, die bis zu 90% Druckzeit spart. Low-fidelity fabrication ist schnell, weil es 3D Modelle als grobe Vorschauobjekte druckt, die aber ausreichen um die Aspekte zu testen, die gerade wichtig sind. Abhängig vom aktuellen Testfokus schlagen wir vor verschiedene Konvertierungen vorzunehmen: Unser System faBrickator ist besonders für die ersten Testläufe geeignet, wenn ein modulares Design wichtig ist. Unser System WirePrint ist besonders nützlich im nächsten Schritt, wenn die Form des Objektes erhalten bleiben soll. Am Ende erlaubt unser System Platener ein Objekt so zu konvertieren, dass die technische Funktion des Objektes bewahrt wird. Wir erklären das Design unserer interaktiven Editoren und die zugrunde liegenden Konvertierungsalgorithmen.

Durch die Verkleinerung der Interaktionseinheit auf ein einzelnes Element, wie zum Beispiel einer Linie, untersuchen wir wie man Objekt-basierte Fabrikationssysteme in turn-taking Systeme umwandeln kann. Wir zeigen unser 2D System constructable, das auf einem Laser-Cutter basiert. Benutzer von constructable verwenden einen Laserpointer um auf das Werkstück im Laser-Cutter zu zeichnen. Die Zeichnung wird mit einer Kamera aufgenommen, korrigiert, und anschließend direkt mit dem Laser-Cutter ausgeschnitten. Wir erweitern constructable zu 3D mit unserer neuen Laser-Cutter Technologie Laser-Origami. LaserOrigami erzeugt 3D Objekte, indem es mit dem defokussierten Laser das Werkstück erhitzt bis es verformbar wird, die Schwerkraft biegt das Werkstück anschließend in seine 3D Form. Obwohl constructable und LaserOrigami physisches Feedback schnell erzeugen, ist die Interaktion dennoch am besten als turn-taking zu beschreiben: Benutzer editieren zuerst und sehen danach das Ergebnis.

Indem wir die Interaktionseinheit noch einmal verkleinern, nun auf ein einziges Feature, können wir Echtzeitfabrikation erreichen: Benutzereingabe und physisches Feedback sind so eng miteinander verbunden, dass es keine sichtbare Verzögerung mehr gibt. Damit können wir untersuchen, was es bedeutet von turn-taking Systemen zu direkter Manipulation überzugehen. Wir zeigen ein System mit dem Namen FormFab, das solch eine direkte interaktive Kontrolle ermöglicht. FormFab basiert auf dem gleichen Prinzip wie LaserOrigami: Ein Werkstück wird erhitzt bis es verformbar wird. Allerdings verwendet FormFab nicht die Schwerkraft zum verformen, sondern ein pneumatisches System, das Benutzer interaktiv steuern können. Wenn Benutzer den Luftdruck ändern, sehen sie wie sich die Größe der Form in Echtzeit ändert. Dies erlaubt ihnen die beste Entscheidung zu treffen während sie verschiedene Optionen evaluieren.

Im letzten Kapitel dieser Dissertation extrapolieren wir die aktuelle Entwicklung in eine Zukunft in der eine große Anzahl von Personen eigene Objekte herstellen werden. Dabei entstehen zwei neue Herausforderungen: Nachhaltigkeit und das Bewahren von intellektuellem Eigentum.
KW  - human computer interaction
KW  - 3D printing
KW  - 3D Drucken
KW  - Laser Cutten
KW  - Interaktionsmodel
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-100908
ER  - 
TY  - CHAP
A1  - Desel, Jörg
A1  - Opel, Simone
A1  - Siegeris, Juliane
A1  - Draude, Claude
A1  - Weber, Gerhard
A1  - Schell, Timon
A1  - Schwill, Andreas
A1  - Thorbrügge, Carsten
A1  - Schäfer, Len Ole
A1  - Netzer, Cajus Marian
A1  - Gerstenberger, Dietrich
A1  - Winkelnkemper, Felix
A1  - Schulte, Carsten
A1  - Böttcher, Axel
A1  - Thurner, Veronika
A1  - Häfner, Tanja
A1  - Ottinger, Sarah
A1  - Große-Bölting, Gregor
A1  - Scheppach, Lukas
A1  - Mühling, Andreas
A1  - Baberowski, David
A1  - Leonhardt, Thiemo
A1  - Rentsch, Susanne
A1  - Bergner, Nadine
A1  - Bonorden, Leif
A1  - Stemme, Jonas
A1  - Hoppe, Uwe
A1  - Weicker, Karsten
A1  - Bender, Esther
A1  - Barbas, Helena
A1  - Hamann, Fabian
A1  - Soll, Marcus
A1  - Sitzmann, Daniel
ED  - Desel, Jörg
ED  - Opel, Simone
ED  - Siegeris, Juliane
T1  - Hochschuldidaktik Informatik HDI 2021
BT  - 9. Fachtagung des GI-Fachbereichs Informatik und Ausbildung/Didaktik der Informatik 15.–16. September 2021 in Dortmund
T2  - Commentarii informaticae didacticae
N2  - Die Fachtagungen HDI (Hochschuldidaktik Informatik) beschäftigen sich mit den unterschiedlichen Aspekten informatischer Bildung im Hochschulbereich. Neben den allgemeinen Themen wie verschiedenen Lehr- und Lernformen, dem Einsatz von Informatiksystemen in der Hochschullehre oder Fragen der Gewinnung von geeigneten Studierenden, deren Kompetenzerwerb oder auch der Betreuung der Studierenden widmet sich die HDI immer auch einem Schwerpunktthema. 
Im Jahr 2021 war dies die Berücksichtigung von Diversität in der Lehre. Diskutiert wurden beispielsweise die Einbeziehung von besonderen fachlichen und überfachlichen Kompetenzen Studierender, der Unterstützung von Durchlässigkeit aus nichtakademischen Berufen, aber auch die Gestaltung inklusiver Lehr- und Lernszenarios, Aspekte des Lebenslangen Lernens oder sich an die Diversität von Studierenden adaptierte oder adaptierende Lehrsysteme.
Dieser Band enthält ausgewählte Beiträge der 9. Fachtagung 2021, die in besonderer Weise die Konferenz und die dort diskutierten Themen repräsentieren.
T3  - Commentarii informaticae didacticae (CID) - 13 
KW  - Hochschuldidaktik
KW  - Informatikdidaktik
KW  - HDI
KW  - Hochschullehre
KW  - digitale Hochschullehre
KW  - Diversität
KW  - Heterogenität
KW  - Lebenslanges Lernen
KW  - Informatikstudium
KW  - Didaktische Konzepte
KW  - Assessment
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-565070
SN  - 978-3-86956-548-4
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
IS  - 13
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Luther, Laura
A1  - Tiberius, Victor
A1  - Brem, Alexander
T1  - User experience (UX) in business, management, and psychology
BT  - a bibliometric mapping of the current state of research
JF  - Multimodal technologies and interaction : open access journal
N2  - User Experience (UX) describes the holistic experience of a user before, during, and after interaction with a platform, product, or service. UX adds value and attraction to their sole functionality and is therefore highly relevant for firms. The increased interest in UX has produced a vast amount of scholarly research since 1983. The research field is, therefore, complex and scattered. Conducting a bibliometric analysis, we aim at structuring the field quantitatively and rather abstractly. We employed citation analyses, co-citation analyses, and content analyses to evaluate productivity and impact of extant research. We suggest that future research should focus more on business and management related topics.
KW  - bibliometric analysis
KW  - co-citation analysis
KW  - co-occurrence analysis
KW  - citation analysis
KW  - user experience
KW  - UX
Y1  - 2020
U6  - https://doi.org/10.3390/mti4020018
SN  - 2414-4088
VL  - 4
IS  - 2
PB  - MDPI
CY  - Basel
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Lamprecht, Anna-Lena
A1  - Margaria, Tiziana
A1  - Steffen, Bernhard
T1  - Bio-jETI : a framework for semantics-based service composition
N2  - Background: The development of bioinformatics databases, algorithms, and tools throughout the last years has lead to a highly distributedworld of bioinformatics services. Without adequatemanagement and development support, in silico researchers are hardly able to exploit the potential of building complex, specialized analysis processes from these services. The Semantic Web aims at thoroughly equipping individual data and services with machine-processable meta-information, while workflow systems support the construction of service compositions. However, even in this combination, in silico researchers currently would have to deal manually with the service interfaces, the adequacy of the semantic annotations, type incompatibilities, and the consistency of service compositions. Results: In this paper, we demonstrate by means of two examples how Semantic Web technology together with an adequate domain modelling frees in silico researchers from dealing with interfaces, types, and inconsistencies. In Bio-jETI, bioinformatics services can be graphically combined to complex services without worrying about details of their interfaces or about type mismatches of the composition. These issues are taken care of at the semantic level by Bio-jETI’s model checking and synthesis features. Whenever possible, they automatically resolve type mismatches in the considered service setting. Otherwise, they graphically indicate impossible/incorrect service combinations. In the latter case, the workflow developermay either modify his service composition using semantically similar services, or ask for help in developing the missing mediator that correctly bridges the detected type gap. Newly developed mediators should then be adequately annotated semantically, and added to the service library for later reuse in similar situations. Conclusion: We show the power of semantic annotations in an adequately modelled and semantically enabled domain setting. Using model checking and synthesis methods, users may orchestrate complex processes from a wealth of heterogeneous services without worrying about interfaces and (type) consistency. The success of this method strongly depends on a careful semantic annotation of the provided services and on its consequent exploitation for analysis, validation, and synthesis. We are convinced that these annotations will become standard, as they will become preconditions for the success and widespread use of (preferred) services in the Semantic Web
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - paper 136 
KW  - European Bioinformatics Institute
KW  - Integration
KW  - Tool
KW  - Alignment
KW  - Workflow
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-45066
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Lamprecht, Anna-Lena
A1  - Margaria, Tiziana
A1  - Steffen, Bernhard
ED  - Lambrecht, Anna-Lena
ED  - Margaria, Tiziana
T1  - Modeling and Execution of Scientific Workflows with the jABC Framework
JF  - Process Design for Natural Scientists: an agile model-driven approach
N2  - We summarize here the main characteristics and features of the jABC framework, used in the case studies as a graphical tool for modeling scientific processes and workflows. As a comprehensive environment for service-oriented modeling and design according to the XMDD (eXtreme Model-Driven Design) paradigm, the jABC offers much more than the pure modeling capability. Associated technologies and plugins provide in fact means for a rich variety of supporting functionality, such as remote service integration, taxonomical service classification, model execution, model verification, model synthesis, and model compilation. We describe here in short both the essential jABC features and the service integration philosophy followed in the environment. In our work over the last years we have seen that this kind of service definition and provisioning platform has the potential to become a core technology in interdisciplinary service orchestration and technology transfer: Domain experts, like scientists not specially trained in computer science, directly define complex service orchestrations as process models and use efficient and complex domain-specific tools in a simple and intuitive way.
Y1  - 2014
SN  - 978-3-662-45005-5
SN  - 1865-0929
IS  - 500
SP  - 14
EP  - 29
PB  - Springer Verlag
CY  - Berlin
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Lamprecht, Anna-Lena
A1  - Margaria, Tiziana
ED  - Lambrecht, Anna-Lena
ED  - Margaria, Tiziana
T1  - Scientific Workflows and XMDD
JF  - Process Design for Natural Scientists: an agile model-driven approach
N2  - A major part of the scientific experiments that are carried out today requires thorough computational support. While database and algorithm providers face the problem of bundling resources to create and sustain powerful computation nodes, the users have to deal with combining sets of (remote) services into specific data analysis and transformation processes. Today’s attention to “big data” amplifies the issues of size, heterogeneity, and process-level diversity/integration. In the last decade, especially workflow-based approaches to deal with these processes have enjoyed great popularity. This book concerns a particularly agile and model-driven approach to manage scientific workflows that is based on the XMDD paradigm. In this chapter we explain the scope and purpose of the book, briefly describe the concepts and technologies of the XMDD paradigm, explain the principal differences to related approaches, and outline the structure of the book.
Y1  - 2014
SN  - 978-3-662-45005-5
SN  - 1865-0929
IS  - 500
SP  - 1
EP  - 13
PB  - Springer Verlag
CY  - Berlin
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Lamprecht, Anna-Lena
A1  - Wickert, Alexander
A1  - Margaria, Tiziana
ED  - Lambrecht, Anna-Lena
ED  - Margaria, Tiziana
T1  - Lessons Learned
JF  - Process Design for Natural Scientists: an agile model-driven approach
N2  - This chapter summarizes the experience and the lessons we learned concerning the application of the jABC as a framework for design and execution of scientific workflows. It reports experiences from the domain modeling (especially service integration) and workflow design phases and evaluates the resulting models statistically with respect to the SIB library and hierarchy levels.
Y1  - 2014
SN  - 978-3-662-45005-5
SN  - 1865-0929
IS  - 500
SP  - 45
EP  - 64
PB  - Springer Verlag
CY  - Berlin
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Lamprecht, Anna-Lena
A1  - Wickert, Alexander
ED  - Lambrecht, Anna-Lena
ED  - Margaria, Tiziana
T1  - The Course's SIB Libraries
JF  - Process Design for Natural Scientists: an agile model-driven approach
N2  - This chapter gives a detailed description of the service framework underlying all the example projects that form the foundation of this book. It describes the different SIB libraries that we made available for the course “Process modeling in the natural sciences” to provide the functionality that was required for the envisaged applications. The students used these SIB libraries to realize their projects.
Y1  - 2014
SN  - 978-3-662-45005-5
SN  - 1865-0929
IS  - 500
SP  - 30
EP  - 44
PB  - Springer Verlag
CY  - Berlin
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Lamprecht, Anna-Lena
A1  - Margaria, Tiziana
ED  - Lamprecht, Anna-Lena
ED  - Margaria, Tiziana
T1  - Scientific workflows and XMDD
JF  - Process design for natural scientists
Y1  - 2015
SN  - 978-3-662-45006-2
SP  - 1
EP  - 13
PB  - Springer
CY  - Berlin
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jiang, Chunyan
T1  - Multi-visualization and hybrid segmentation approaches within telemedicine framework
T1  - Multi-Visualisierung und hybride Segmentierungsansätze auf dem Gebiet der Telemedizin
N2  - The innovation of information techniques has changed many aspects of our life. In health care field, we can obtain, manage and communicate high-quality large volumetric image data by computer integrated devices, to support medical care. In this dissertation I propose several promising methods that could assist physicians in processing, observing and communicating the image data. They are included in my three research aspects: telemedicine integration, medical image visualization and image segmentation. And these methods are also demonstrated by the demo software that I developed. One of my research point focuses on medical information storage standard in telemedicine, for example DICOM, which is the predominant standard for the storage and communication of medical images. I propose a novel 3D image data storage method, which was lacking in current DICOM standard. I also created a mechanism to make use of the non-standard or private DICOM files. In this thesis I present several rendering techniques on medical image visualization to offer different display manners, both 2D and 3D, for example, cut through data volume in arbitrary degree, rendering the surface shell of the data, and rendering the semi-transparent volume of the data. A hybrid segmentation approach, designed for semi-automated segmentation of radiological image, such as CT, MRI, etc, is proposed in this thesis to get the organ or interested area from the image. This approach takes advantage of the region-based method and boundary-based methods. Three steps compose the hybrid approach: the first step gets coarse segmentation by fuzzy affinity and generates homogeneity operator; the second step divides the image by Voronoi Diagram and reclassifies the regions by the operator to refine segmentation from the previous step; the third step handles vague boundary by level set model. Topics for future research are mentioned in the end, including new supplement for DICOM standard for segmentation information storage, visualization of multimodal image information, and improvement of the segmentation approach to higher dimension.
N2  - Innovative Informationstechnologien haben viele Bereiche unseres Lebens verändert. Im Gesundheitsbereich ist es mittels Computer möglich, qualitativ hochwertige und große volumetrische Bilddaten zu verwalten, zu verarbeiten und dadurch die medizinische Betreuung zu unterstützen. In dieser Dissertation stelle ich verschiedene Methoden vor, die Mediziner beim Prozess der Beobachtung, Verarbeitung und Nutzung von Bilddaten verstärkt unterstützten können. Meine Forschungsarbeit befasst sich mit drei Schwerpunktthemen: Telemedizinintegration, Visualisierung von medizinischen Bildern und Bildsegmentierung. Zur Demonstration der Machbarkeit der vorgeschlagenen Methoden implementierte ich zudem eine Anwendungssoftware. Das entwickelte System kann in punkto Telemedizinintegration nicht nur Dateien im DICOM Format lesen und schreiben, sondern auch nicht-standardisierte Dateien reparieren. In meiner Arbeit gebe ich außerdem einen Vorschlag für eine Erweiterung des DICOM Standards für die Speicherung von 3D Bildinformationen. Zur Darstellung der Bilddaten wurden in dem entwickelten System drei verschiedene Ansichten implementiert: Volumen Ansicht, Oberflächen Ansicht sowie Querschnitt Ansicht. Ein Großteil meiner Arbeit ist der Vorschlag eines neuen hybriden Bildsegmentierungsansatzes. Durch das neu vorgeschlagene Verfahren können komplexe neurale MRI Daten effizient und präzise segmentiert werden. Zusätzlich wird der manuelle Arbeitsaufwand der Experten drastisch verringert.
KW  - medizinisch
KW  - bild
KW  - Segmentierung
KW  - medical
KW  - image
KW  - segmentation
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-12829
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hu, Ji
T1  - A virtual machine architecture for IT-security laboratories
T1  - Eine virtuelle maschinenbasierte Architektur für IT-Sicherheitslabore
N2  - This thesis discusses challenges in IT security education, points out a gap between e-learning and practical education, and presents a work to fill the gap.  E-learning is a flexible and personalized alternative to traditional education. Nonetheless, existing e-learning systems for IT security education have difficulties in delivering hands-on experience because of the lack of proximity. Laboratory environments and practical exercises are indispensable instruction tools to IT security education, but security education in conventional computer laboratories poses particular problems such as immobility as well as high creation and maintenance costs. Hence, there is a need to effectively transform security laboratories and practical exercises into e-learning forms.  In this thesis, we introduce the Tele-Lab IT-Security architecture that allows students not only to learn IT security principles, but also to gain hands-on security experience by exercises in an online laboratory environment. In this architecture, virtual machines are used to provide safe user work environments instead of real computers. Thus, traditional laboratory environments can be cloned onto the Internet by software, which increases accessibility to laboratory resources and greatly reduces investment and maintenance costs.  Under the Tele-Lab IT-Security framework, a set of technical solutions is also proposed to provide effective functionalities, reliability, security, and performance. The virtual machines with appropriate resource allocation, software installation, and system configurations are used to build lightweight security laboratories on a hosting computer. Reliability and availability of laboratory platforms are covered by a virtual machine management framework. This management framework provides necessary monitoring and administration services to detect and recover critical failures of virtual machines at run time. Considering the risk that virtual machines can be misused for compromising production networks, we present a security management solution to prevent the misuse of laboratory resources by security isolation at the system and network levels.  This work is an attempt to bridge the gap between e-learning/tele-teaching and practical IT security education. It is not to substitute conventional teaching in laboratories but to add practical features to e-learning. This thesis demonstrates the possibility to implement hands-on security laboratories on the Internet reliably, securely, and economically.
N2  - Diese Dissertation beschreibt die Herausforderungen in der IT Sicherheitsausbildung und weist auf die noch vorhandene Lücke zwischen E-Learning und praktischer Ausbildung hin. Sie erklärt einen Ansatz sowie ein System, um diese Lücke zwischen Theorie und Praxis in der elektronischen Ausbildung zu schließen.  E-Learning ist eine flexible und personalisierte Alternative zu traditionellen Lernmethoden. Heutigen E-Learning Systemen mangelt es jedoch an der Fähigkeit, praktische Erfahrungen über große Distanzen zu ermöglichen. Labor- bzw. Testumgebungen sowie praktische Übungen sind jedoch unverzichtbar, wenn es um die Ausbildung von Sicherheitsfachkräften geht. Konventionelle Laborumgebungen besitzen allerdings einige Nachteile wie bspw. hoher Erstellungsaufwand, keine Mobilität, hohe Wartungskosten, etc. Die Herausforderung heutiger IT Sicherheitsausbildung ist es daher, praktische Sicherheitslaborumgebungen und Übungen effektiv mittels E-Learning zu unterstützen.  In dieser Dissertation wird die Architektur von Tele-Lab IT-Security vorgestellt, die Studenten nicht nur erlaubt theoretische Sicherheitskonzepte zu erlernen, sondern darüber hinaus Sicherheitsübungen in einer Online-Laborumgebung praktisch zu absolvieren. Die Teilnehmer können auf diese Weise wichtige praktische Erfahrungen im Umgang mit Sicherheitsprogrammen sammeln. Zur Realisierung einer sicheren Übungsumgebung, werden virtuelle Maschinen anstatt reale Rechner im Tele-Lab System verwendet. Mittels virtueller Maschinen können leicht Laborumgebungen geklont, verwaltet und über das Internet zugänglich gemacht werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Offline-Laboren können somit erhebliche Investitions- und Wartungskosten gespart werden.  Das Tele-Lab System bietet eine Reihe von technischen Funktionen, die den effektiven, zuverlässigen und sicheren Betrieb dieses Trainingssystems gewährleistet. Unter Beachtung angemessener Ressourcennutzung, Softwareinstallationen und Systemkonfigurationen wurden virtuelle Maschinen als Übungsstationen erstellt, die auf einem einzelnen Rechner betrieben werden. Für ihre Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit ist das Managementsystem der virtuellen Maschinen verantwortlich. Diese Komponente besitzt die notwendigen Überwachungs- und Verwaltungsfunktionen, um kritische Fehler der virtuellen Maschinen während der Laufzeit zu erkennen und zu beheben. Damit die Übungsstationen nicht bspw. zur Kompromittierung von Produktivnetzwerken genutzt werden, beschreibt die Dissertation Sicherheits-Managementlösungen, die mittels Isolation auf System und Netzwerk Ebene genau dieses Risiko verhindern sollen.  Diese Arbeit ist der Versuch, die Lücke zwischen E-Learning/Tele-Teaching und praktischer Sicherheitsausbildung zu schließen. Sie verfolgt nicht das Ziel, konventionelle Ausbildung in Offline Laboren zu ersetzen, sondern auch praktische Erfahrungen via E-Learning zu unterstützen. Die Dissertation zeigt die Möglichkeit, praktische Erfahrungen mittels Sicherheitsübungsumgebungen über das Internet auf zuverlässige, sichere und wirtschaftliche Weise zu vermitteln.
KW  - Computersicherheit
KW  - VM
KW  - E-Learning
KW  - IT security
KW  - virtual machine
KW  - E-Learning
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7818
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ghasemzadeh, Mohammad
T1  - A new algorithm  for  the quantified satisfiability problem, based on zero-suppressed binary decision diagrams and memoization
T1  - Ein neuer Algorithmus für die quantifizierte Aussagenlogik, basierend auf Zero-suppressed BDDs und Memoization
N2  - Quantified Boolean formulas (QBFs) play an important role in theoretical computer science. QBF extends propositional logic in such a way that many advanced forms of reasoning can be easily formulated and evaluated. In this dissertation we present our ZQSAT, which is an algorithm for evaluating quantified Boolean formulas. ZQSAT is based on ZBDD: Zero-Suppressed Binary Decision Diagram , which is a variant of BDD, and an adopted version of the DPLL algorithm. It has been implemented in C using the CUDD: Colorado University Decision Diagram package.  The capability of ZBDDs in storing sets of subsets efficiently enabled us to store the clauses of a QBF very compactly and let us to embed the notion of memoization to the DPLL algorithm. These points led us to implement the search algorithm in such a way that we could store and reuse the results of all previously solved subformulas with a little overheads. ZQSAT can solve some sets of standard QBF benchmark problems (known to be hard for DPLL based algorithms) faster than the best existing solvers. In addition to prenex-CNF, ZQSAT accepts prenex-NNF formulas. We show and prove how this capability can be exponentially beneficial.
N2  - In der Dissertation stellen wir einen neuen Algorithmus vor, welcher Formeln der quantifizierten Aussagenlogik (engl. Quantified Boolean formula, kurz QBF) löst. QBFs sind eine Erweiterung der klassischen Aussagenlogik um die Quantifizierung über aussagenlogische Variablen. Die quantifizierte Aussagenlogik ist dabei eine konservative Erweiterung der Aussagenlogik, d.h. es können nicht mehr Theoreme nachgewiesen werden als in der gewöhnlichen Aussagenlogik. Der Vorteil der Verwendung von QBFs ergibt sich durch die Möglichkeit, Sachverhalte kompakter zu repräsentieren.  SAT (die Frage nach der Erfüllbarkeit einer Formel der Aussagenlogik) und QSAT (die Frage nach der Erfüllbarkeit einer QBF) sind zentrale Probleme in der Informatik mit einer Fülle von Anwendungen, wie zum Beispiel in der Graphentheorie, bei Planungsproblemen, nichtmonotonen Logiken oder bei der Verifikation. Insbesondere die Verifikation von Hard- und Software ist ein sehr aktuelles und wichtiges Forschungsgebiet in der Informatik.  Unser Algorithmus zur Lösung von QBFs basiert auf sogenannten ZBDDs (engl. Zero-suppressed Binary decision Diagrams), welche eine Variante der BDDs (engl. Binary decision Diagrams) sind. BDDs sind eine kompakte Repräsentation von Formeln der Aussagenlogik. Der Algorithmus kombiniert nun bekannte Techniken zum Lösen von QBFs mit der ZBDD-Darstellung unter Verwendung geeigneter Heuristiken und Memoization. Memoization ermöglicht dabei das einfache Wiederverwenden bereits gelöster Teilprobleme.  Der Algorithmus wurde unter Verwendung des CUDD-Paketes (Colorado University Decision Diagram) implementiert und unter dem Namen ZQSAT veröffentlicht. In Tests konnten wir nachweisen, dass ZQSAT konkurrenzfähig zu existierenden QBF-Beweisern ist, in einigen Fällen sogar bessere Resultate liefern kann.
KW  - Binäres Entscheidungsdiagramm
KW  - Erfüllbarkeitsproblem
KW  - DPLL
KW  - Zero-Suppressed Binary Decision Diagram (ZDD)
KW  - Formeln der quantifizierten Aussagenlogik
KW  - Erfüllbarkeit einer Formel der Aussagenlogik
KW  - ZQSA
KW  - DPLL
KW  - Zero-Suppressed Binary Decision Diagram (ZDD)
KW  - Quantified Boolean Formula (QBF)
KW  - Satisfiability
KW  - ZQSAT
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6378
ER  - 
TY  - THES
A1  - Linckels, Serge
T1  - An e-librarian service : supporting explorative learning by a description logics based semantic retrieval tool
T1  - Ein E-Bibliothekar-Dienst : unterstütztes exploratives Lernen durch ein Beschreibungslogik basiertes, semantisches Retrievalwerkzeug
N2  - Although educational content in electronic form is increasing dramatically, its usage in an educational environment is poor, mainly due to the fact that there is too much of (unreliable) redundant, and not relevant information. Finding appropriate answers is a rather difficult task being reliant on the user filtering of the pertinent information from the noise. Turning knowledge bases like the online tele-TASK archive into useful educational resources requires identifying correct, reliable, and "machine-understandable" information, as well as developing simple but efficient search tools with the ability to reason over this information. Our vision is to create an E-Librarian Service, which is able to retrieve multimedia resources from a knowledge base in a more efficient way than by browsing through an index, or by using a simple keyword search. In our E-Librarian Service, the user can enter his question in a very simple and human way; in natural language (NL). Our premise is that more pertinent results would be retrieved if the search engine understood the sense of the user's query. The returned results are then logical consequences of an inference rather than of keyword matchings. Our E-Librarian Service does not return the answer to the user's question, but it retrieves the most pertinent document(s), in which the user finds the answer to his/her question. Among all the documents that have some common information with the user query, our E-Librarian Service identifies the most pertinent match(es), keeping in mind that the user expects an exhaustive answer while preferring a concise answer with only little or no information overhead. Also, our E-Librarian Service always proposes a solution to the user, even if the system concludes that there is no exhaustive answer. Our E-Librarian Service was implemented prototypically in three different educational tools. A first prototype is CHESt (Computer History Expert System); it has a knowledge base with 300 multimedia clips that cover the main events in computer history. A second prototype is MatES (Mathematics Expert System); it has a knowledge base with 115 clips that cover the topic of fractions in mathematics for secondary school w.r.t. the official school programme. All clips were recorded mainly by pupils. The third and most advanced prototype is the "Lecture Butler's E-Librarain Service"; it has a Web service interface to respect a service oriented architecture (SOA), and was developed in the context of the Web-University project at the Hasso-Plattner-Institute (HPI). Two major experiments in an educational environment - at the Lycée Technique Esch/Alzette in Luxembourg - were made to test the pertinence and reliability of our E-Librarian Service as a complement to traditional courses. The first experiment (in 2005) was made with CHESt in different classes, and covered a single lesson. The second experiment (in 2006) covered a period of 6 weeks of intensive use of MatES in one class. There was no classical mathematics lesson where the teacher gave explanations, but the students had to learn in an autonomous and exploratory way. They had to ask questions to the E-Librarian Service just the way they would if there was a human teacher.
N2  - Obwohl sich die Verfügbarkeit von pädagogischen Inhalten in elektronischer Form stetig erhöht, ist deren Nutzen in einem schulischen Umfeld recht gering. Die Hauptursache dessen ist, dass es zu viele unzuverlässige, redundante und nicht relevante Informationen gibt. Das Finden von passenden Lernobjekten ist eine schwierige Aufgabe, die vom benutzerbasierten Filtern der passenden Informationen abhängig ist. Damit Wissensbanken wie das online Tele-TASK Archiv zu nützlichen, pädagogischen Ressourcen werden, müssen Lernobjekte korrekt, zuverlässig und in maschinenverständlicher Form identifiziert werden, sowie effiziente Suchwerkzeuge entwickelt werden. Unser Ziel ist es, einen E-Bibliothekar-Dienst zu schaffen, der multimediale Ressourcen in einer Wissensbank auf effizientere Art und Weise findet als mittels Navigieren durch ein Inhaltsverzeichnis oder mithilfe einer einfachen Stichwortsuche. Unsere Prämisse ist, dass passendere Ergebnisse gefunden werden könnten, wenn die semantische Suchmaschine den Sinn der Benutzeranfrage verstehen würde. In diesem Fall wären die gelieferten Antworten logische Konsequenzen einer Inferenz und nicht die einer Schlüsselwortsuche. Tests haben gezeigt, dass unser E-Bibliothekar-Dienst unter allen Dokumenten in einer gegebenen Wissensbank diejenigen findet, die semantisch am besten zur Anfrage des Benutzers passen. Dabei gilt, dass der Benutzer eine vollständige und präzise Antwort erwartet, die keine oder nur wenige Zusatzinformationen enthält. Außerdem ist unser System in der Lage, dem Benutzer die Qualität und Pertinenz der gelieferten Antworten zu quantifizieren und zu veranschaulichen. Schlussendlich liefert unser E-Bibliothekar-Dienst dem Benutzer immer eine Antwort, selbst wenn das System feststellt, dass es keine vollständige Antwort auf die Frage gibt. Unser E-Bibliothekar-Dienst ermöglicht es dem Benutzer, seine Fragen in einer sehr einfachen und menschlichen Art und Weise auszudrücken, nämlich in natürlicher Sprache. Linguistische Informationen und ein gegebener Kontext in Form einer Ontologie werden für die semantische Übersetzung der Benutzereingabe in eine logische Form benutzt. Unser E-Bibliothekar-Dienst wurde prototypisch in drei unterschiedliche pädagogische Werkzeuge umgesetzt. In zwei Experimenten wurde in einem pädagogischen Umfeld die Angemessenheit und die Zuverlässigkeit dieser Werkzeuge als Komplement zum klassischen Unterricht geprüft. Die Hauptergebnisse sind folgende: Erstens wurde festgestellt, dass Schüler generell akzeptieren, ganze Fragen einzugeben - anstelle von Stichwörtern - wenn dies ihnen hilft, bessere Suchresultate zu erhalten. Zweitens, das wichtigste Resultat aus den Experimenten ist die Erkenntnis, dass Schuleresultate verbessert werden können, wenn Schüler unseren E-Bibliothekar-Dienst verwenden. Wir haben eine generelle Verbesserung von 5% der Schulresultate gemessen. 50% der Schüler haben ihre Schulnoten verbessert, 41% von ihnen sogar maßgeblich. Einer der Hauptgründe für diese positiven Resultate ist, dass die Schüler motivierter waren und folglich bereit waren, mehr Einsatz und Fleiß in das Lernen und in das Erwerben von neuem Wissen zu investieren.
KW  - Terminologische Logik
KW  - Deskriptive Logik
KW  - Semantische Suche
KW  - Ontologie
KW  - e-Learning
KW  - Semantik Web
KW  - Description Logics
KW  - Semantic Search
KW  - Ontologies
KW  - e-Learning
KW  - Semantic Web
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-17452
ER  - 
TY  - THES
A1  - Huang, Wanjun
T1  - Temporary binding for dynamic middleware construction and web services composition
T1  - Temporäre Anbindung für dynamischen Middlewareaufbau und Web Services Integration
N2  - With increasing number of applications in Internet and mobile environments, distributed software systems are demanded to be more powerful and flexible, especially in terms of dynamism and security. This dissertation describes my work concerning three aspects: dynamic reconfiguration of component software, security control on middleware applications, and web services dynamic composition.  Firstly, I proposed a technology named Routing Based Workflow (RBW) to model the execution and management of collaborative components and realize temporary binding for component instances. The temporary binding means component instances are temporarily loaded into a created execution environment to execute their functions, and then are released to their repository after executions. The temporary binding allows to create an idle execution environment for all collaborative components, on which the change operations can be immediately carried out. The changes on execution environment will result in a new collaboration of all involved components, and also greatly simplifies the classical issues arising from dynamic changes, such as consistency preserving etc.  To demonstrate the feasibility of RBW, I created a dynamic secure middleware system - the Smart Data Server Version 3.0 (SDS3). In SDS3, an open source implementation of CORBA is adopted and modified as the communication infrastructure, and three secure components managed by RBW, are created to enhance the security on the access of deployed applications. SDS3 offers multi-level security control on its applications from strategy control to application-specific detail control. For the management by RBW, the strategy control of SDS3 applications could be dynamically changed by reorganizing the collaboration of the three secure components.  In addition, I created the Dynamic Services Composer (DSC) based on Apache open source projects, Apache Axis and WSIF. In DSC, RBW is employed to model the interaction and collaboration of web services and to enable the dynamic changes on the flow structure of web services.  Finally, overall performance tests were made to evaluate the efficiency of the developed RBW and SDS3. The results demonstrated that temporary binding of component instances makes slight impacts on the execution efficiency of components, and the blackout time arising from dynamic changes can be extremely reduced in any applications.
N2  - Heutige Softwareanwendungen fuer das Internet und den mobilen Einsatz erfordern bezueglich Funktionalitaet und Sicherheit immer leistungsstaerkere verteilte Softwaresysteme. Diese Dissertation befasst sich mit der dynamischen Rekonfiguration von Komponentensoftware, Sicherheitskontrolle von Middlewareanwendungen und der dynamischen Komposition von Web Services.  Zuerst wird eine Routing Based Workflow (RBW) Technologie vorgestellt, welche die Ausfuehrung und das Management von kollaborierenden Komponenten modelliert, sowie fuer die Realisierung einer temporaeren Anbindung von Komponenteninstanzen zustaendig ist. D.h., Komponenteninstanzen werden zur Ausfuehrung ihrer Funktionalitaet temporaer in eine geschaffene Ausfuehrungsumgebung geladen und nach Beendigung wieder freigegeben. Die temporaere Anbindung erlaubt das Erstellen einer Ausfuehrungsumgebung, in der Rekonfigurationen unmittelbar vollzogen werden koennen. Aenderungen der Ausfuehrungsumgebung haben neue Kollaborations-Beziehungen der Komponenten zufolge und vereinfachen stark die Schwierigkeiten wie z.B. Konsistenzerhaltung, die mit dynamischen Aenderungen verbunden sind.  Um die Durchfuehrbarkeit von RBW zu demonstrieren, wurde ein dynamisches, sicheres Middleware System erstellt - der Smart Data Server, Version 3 (SDS3). Bei SDS3 kommt eine Open Source Softwareimplementierung von CORBA zum Einsatz, die modifiziert als Kommunikationsinfrasturkutur genutzt wird. Zudem wurden drei Sicherheitskomponenten erstellt, die von RBW verwaltet werden und die Sicherheit beim Zugriff auf die eingesetzten Anwendungen erhoehen. SDS3 bietet den Anwendungen Sicherheitskontrollfunktionen auf verschiedenen Ebenen, angefangen von einer Strategiekontrolle bis zu anwendungsspezifischen Kontrollfunktionen. Mittels RBW kann die Strategiekontrolle des SDS3 dynamisch durch Reorganisation von Kollabortions-Beziehungen zwischen den Sicherheitskomponenten angepasst werden.  Neben diesem System wurde der Dynamic Service Composer (DSC) implementiert, welcher auf den Apache Open Source Projekten Apache Axis und WSIF basiert. Im DSC wird RBW eingesetzt, um die Interaktion und Zusammenarbeit von Web Services zu modellieren sowie dynamische Aenderungen der Flussstruktur von Web Services zu ermoeglichen.  Nach der Implementierung wurden Performance-Tests bezueglich RBW und SDS3 durchgefuehrt. Die Ergebnisse der Tests zeigen, dass eine temporaere Anbindung von Komponenteninstanzen nur einen geringen Einfluss auf die Ausfuehrungseffizienz von Komponeten hat. Ausserdem bestaetigen die Testergebnisse, dass die mit der dynamischen Rekonfiguration verbundene Ausfallzeit extrem niedrig ist.
KW  - Middleware
KW  - Web Services
KW  - Temporäre Anbindung
KW  - Dynamische Rekonfiguration
KW  - temporary binding
KW  - dynamic reconfiguration
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7672
ER  - 
TY  - CHAP
A1  - Dennert-Möller, Elisabeth
A1  - Garmann, Robert
A1  - Kujath, Bertold
A1  - Zscheyge, Oliver
A1  - Weicker, Karsten
A1  - Böhne, Sebastian
A1  - Knobelsdorf, Maria
A1  - Kreitz, Christoph
A1  - Steen, Alexander
A1  - Wisniewski, Max
A1  - Benzmüller, Christoph
A1  - Gebhardt, Kai
A1  - Ehlenz, Matthias
A1  - Bergner, Nadine
A1  - Schroeder, Ulrik
ED  - Schwill, Andreas
ED  - Lucke, Ulrike
T1  - Hochschuldidaktik der Informatik
BT  - HDI2016 – 7. Fachtagung des GI-Fachbereichs Informatik und Ausbildung / Didaktik der Informatik ; 13.-14. September 2016 an der Universität Potsdam
N2  - Die 7. Fachtagung für Hochschuldidaktik, die 2016 erneut mit der DeLFI E-Learning Fachtagung Informatik stattfand, setzte das erfolgreiche Modell einer Tagung fort, die sich mit hochschuldidaktischen Fragen und der Gestaltung von Studiengängen der Informatik beschäftigt.
Thema der Tagung waren alle Fragen, die sich der Vermittlung von Informatikgegenständen im Hochschulbereich widmen. Dazu gehörten u.a.:
• fachdidaktische Konzepte der Vermittlung einzelner Informatikgegenstände
• methodische Lösungen, wie spezielle Lehr- und Lernformen, Durchführungskonzepte
• empirische Ergebnisse und Vergleichsstudien
• E-Learning-Ansätze, wenn sie ein erkennbares didaktisches Konzept verfolgen
• Studienkonzepte und Curricula, organisatorische Fragen, wie Gewinnung von Studierenden, Studieneingangsphase, Abbrecher.
Die Fachtagung widmete sich ausgewählten Fragestellungen dieses Themenkomplexes, die durch Vorträge ausgewiesener Experten, durch eingereichte Beiträge und durch Präsentationen und Poster intensiv behandelt wurden.
Unser besonderer Dank gilt dem Programmkomitee und den hier nicht genannten Helfern für ihren Einsatz bei der Vorbereitung und Durchführung der Tagung.
T3  - Commentarii informaticae didacticae (CID) - 10 
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-93511
SN  - 978-3-86956-376-3
SN  - 1868-0844
SN  - 2191-1940
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Menzel, Michael
T1  - Model-driven security in service-oriented architectures : leveraging security patterns to transform high-level security requirements to technical policies
T1  - Modell-getriebene Sicherheit in Service-orientierten Architekturen
N2  - Service-oriented Architectures (SOA) facilitate the provision and orchestration of business services to enable a faster adoption to changing business demands. Web Services provide a technical foundation to implement this paradigm on the basis of XML-messaging. However, the enhanced flexibility of message-based systems comes along with new threats and risks. To face these issues, a variety of security mechanisms and approaches is supported by the Web Service specifications. The usage of these security mechanisms and protocols is configured by stating security requirements in security policies. However, security policy languages for SOA are complex and difficult to create due to the expressiveness of these languages. To facilitate and simplify the creation of security policies, this thesis presents a model-driven approach that enables the generation of complex security policies on the basis of simple security intentions. SOA architects can specify these intentions in system design models and are not required to deal with complex technical security concepts. The approach introduced in this thesis enables the enhancement of any system design modelling languages – for example FMC or BPMN – with security modelling elements. The syntax, semantics, and notion of these elements is defined by our security modelling language SecureSOA. The metamodel of this language provides extension points to enable the integration into system design modelling languages. In particular, this thesis demonstrates the enhancement of FMC block diagrams with SecureSOA. To enable the model-driven generation of security policies, a domain-independent policy model is introduced in this thesis. This model provides an abstraction layer for security policies. Mappings are used to perform the transformation from our model to security policy languages. However, expert knowledge is required to generate instances of this model on the basis of simple security intentions. Appropriate security mechanisms, protocols and options must be chosen and combined to fulfil these security intentions. In this thesis, a formalised system of security patterns is used to represent this knowledge and to enable an automated transformation process. Moreover, a domain-specific language is introduced to state security patterns in an accessible way. On the basis of this language, a system of security configuration patterns is provided to transform security intentions related to data protection and identity management. The formal semantics of the security pattern language enable the verification of the transformation process introduced in this thesis and prove the correctness of the pattern application. Finally, our SOA Security LAB is presented that demonstrates the application of our model-driven approach to facilitate a dynamic creation, configuration, and execution of secure Web Service-based composed applications.
N2  - Im Bereich der Enterprisearchitekturen hat das Paradigma der Service-orientierten Architektur (SOA) in den vergangenen Jahren eine große Bedeutung erlangt. Dieser Ansatz ermöglicht die Strukturierung und Umsetzung verteilter, IT-basierter Geschäftsfunktionen, um einen effizienten und flexiblen Einsatz von IT-Ressourcen zu ermöglichen. Während in der Vergangenheit fachliche Anforderungen in monolithischen Applikationen umgesetzt wurden, setzt dieser Architekturansatz auf wiederverwendbare Dienste, die spezifische Geschäftsfunktionen implementieren. Diese Dienste können dann dynamisch zur Umsetzung von Geschäftsprozessen herangezogen werden und ermöglichen eine schnelle Reaktion auf verändernde geschäftliche Rahmenbedingungen durch Anpassung der Prozesse. Die einzelnen Dienste existieren unabhängig voneinander und sind lose über einen Nachrichtenaustausch gekoppelt. Diese Unabhängigkeit unterscheidet den SOA-Ansatz von der bisherigen Entwicklung klassischer verteilter Anwendungen. Die Verwendung unabhängiger Dienste geht aber auch mit einem größeren Gefährdungspotential einher, da eine Vielzahl von Schnittstellen bereitgestellt wird, die mittels komplexer Protokolle angesprochen werden können. Somit ist die korrekte Umsetzung von Sicherheitsmechanismen in allen Diensten und SOA-Infrastrukturkomponeten essentiell. Kommunikationspartner müssen an jedem Kommunikationsendpunkt authentifiziert und autorisiert werden und ausgetauschte Nachrichten müssen immer geschützt werden. Solche Sicherheitsanforderungen werden in technischen Sicherheitskonfigurationen (Policydokumenten) mittels einer Policysprache kodiert und werden an die Dienste verteilt, die diese Anforderungen durchsetzen. Da Policysprachen für SOA aber durch die Vielzahl und Vielfalt an Sicherheitsmechanismen, -protokollen und -standards eine hohe Komplexität aufweisen, sind Sicherheitskonfigurationen höchst fehleranfällig und mit viel Fachwissen zu erstellen. Um die Generierung von Sicherheitskonfigurationen in komplexen Systemen zu vereinfachen, wird in dieser Arbeit ein modellgetriebener Ansatz vorgestellt, der eine visuelle Modellierung von Sicherheitsanforderungen in Architekturmodellen ermöglicht und eine automatisierte Generierung von Sicherheitskonfigurationen auf Basis dieser Anforderungen unterstützt. Die Modellierungsebene ermöglicht eine einfache und abstrakte Darstellung von Sicherheitsanforderungen, die sich auch für Systemarchitekten erschließen, welche keine Sicherheits-experten sind. Beispielsweise können modellierte Daten einfach mit einem Schloss annotiert werden, um den Schutz dieser Daten zu fordern. Die Syntax, die Semantik und die Darstellung dieser Anforderungen werden durch die in dieser Arbeit vorgestellte Sicherheitsmodellierungssprache SecureSOA spezifiziert. Der vorgestellte modellgetriebene Ansatz transformiert die modellierten Anforderungen auf ein domänen-unabhängiges Policymodell, das eine Abstraktionsschicht zu konkreten Policysprachen bildet. Diese Abstrak-tionsschicht vereinfacht die Generierung von Sicherheitspolicies in verschiedenen Policysprachen. Allerdings kann diese Transformation nur erfolgen, wenn im System Expertenwissen hinterlegt ist, das die Auswahl von konkreten Sicherheitsmechanismen und -optionen bestimmt. Im Rahmen dieser Arbeit werden Entwurfsmuster für SOA-Sicherheit zur Transformation herangezogen, die dieses Wissen repräsentieren. Dazu wird ein Katalog von Entwurfsmustern eingeführt, der die Abbildung von abstrakten Sicherheitsanforderungen auf konkrete Konfigurationen ermöglicht. Diese Muster sind mittels einer Entwurfsmustersprache definiert, die in dieser Arbeit eingeführt wird. Die formale Semantik dieser Sprache ermöglicht die formale Verifikation des Transformationsprozesses, um die Korrektheit der Entwurfsmusteranwendung nachzuweisen. Die Definition dieses Entwurfsmusterkatalogs und der darauf basierende Transformationsprozess ermöglichen die Abbildung von abstrakten Sicherheitsanforderungen auf konkrete technische Sicherheitskonfigurationen und stellen den Beitrag dieser Arbeit dar. Abschließend wird in dieser Arbeit das SOA-Security-Lab vorgestellt, das die Umsetzung dieses Ansatzes demonstriert.
KW  - IT-Sicherheit
KW  - Service-Orientierte Architekturen
KW  - Modell-getriebene Sicherheit
KW  - Sicherheitsmodellierung
KW  - Entwurfsmuster für SOA-Sicherheit
KW  - IT-Security
KW  - Service-oriented Architectures
KW  - Modell-driven Security
KW  - Security Modelling
KW  - SOA Security Pattern
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59058
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schnjakin, Maxim
T1  - Cloud-RAID
BT  - eine Methode zur Bereitstellung zuverlässiger Speicherressourcen in öffentlichen Clouds
Y1  - 2014
ER  - 
TY  - THES
A1  - Saleh, Eyad
T1  - Securing Multi-tenant SaaS Environments
N2  - Software-as-a-Service (SaaS) offers several advantages to both service providers and users. Service providers can benefit from the reduction of Total Cost of Ownership (TCO), better scalability, and better resource utilization. On the other hand, users can use the service anywhere and anytime, and minimize upfront investment by following the pay-as-you-go model. Despite the benefits of SaaS, users still have concerns about the security and privacy of their data. Due to the nature of SaaS and the Cloud in general, the data and the computation are beyond the users' control, and hence data security becomes a vital factor in this new paradigm. Furthermore, in multi-tenant SaaS applications, the tenants become more concerned about the confidentiality of their data since several tenants are co-located onto a shared infrastructure. 

To address those concerns, we start protecting the data from the provisioning process by controlling how tenants are being placed in the infrastructure. We present a resource allocation algorithm designed to minimize the risk of co-resident tenants called SecPlace. It enables the SaaS provider to control the resource (i.e., database instance) allocation process while taking into account the security of tenants as a requirement. 

Due to the design principles of the multi-tenancy model, tenants follow some degree of sharing on both application and infrastructure levels. Thus, strong security-isolation should be present. Therefore, we develop SignedQuery, a technique that prevents one tenant from accessing others' data. We use the Signing Concept to create a signature that is used to sign the tenant's request, then the server can verifies the signature and recognizes the requesting tenant, and hence ensures that the data to be accessed is belonging to the legitimate tenant. 

Finally, Data confidentiality remains a critical concern due to the fact that data in the Cloud is out of users' premises, and hence beyond their control. Cryptography is increasingly proposed as a potential approach to address such a challenge. Therefore, we present SecureDB, a system designed to run SQL-based applications over an encrypted database. SecureDB captures the schema design and analyzes it to understand the internal structure of the data (i.e., relationships between the tables and their attributes). Moreover, we determine the appropriate partialhomomorphic encryption scheme for each attribute where computation is possible even when the data is encrypted. 

To evaluate our work, we conduct extensive experiments with di↵erent settings. The main use case in our work is a popular open source HRM application, called OrangeHRM. The results show that our multi-layered approach is practical, provides enhanced security and isolation among tenants, and have a moderate complexity in terms of processing encrypted data.
Y1  - 2016
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sadr-Azodi, Amir Shahab
T1  - Towards Real-time SIEM-based Network monitoring and Intrusion Detection through Advanced Event Normalization
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Al-Saffar, Loay Talib Ahmed
T1  - Analysing prerequisites, expectations, apprehensions, and attitudes of university students studying Computer science
T1  - Analyse von Voraussetzungen, Erwartungen, Haltungen, Einstellungen und Befürchtungen von Bachelor-Studierenden der Informatik
N2  - The main objective of this dissertation is to analyse prerequisites, expectations, apprehensions, and attitudes of students studying computer science, who are willing to gain a bachelor degree. The research will also investigate in the students’ learning style according to the Felder-Silverman model. These investigations fall in the attempt to make an impact on reducing the “dropout”/shrinkage rate among students, and to suggest a better learning environment. 
The first investigation starts with a survey that has been made at the computer science department at the University of Baghdad to investigate the attitudes of computer science students in an environment dominated by women, showing the differences in attitudes between male and female students in different study years. Students are accepted to university studies via a centrally controlled admission procedure depending mainly on their final score at school. This leads to a high percentage of students studying subjects they do not want. Our analysis shows that 75% of the female students do not regret studying computer science although it was not their first choice. And according to statistics over previous years, women manage to succeed in their study and often graduate on top of their class. We finish with a comparison of attitudes between the freshman students of two different cultures and two different university enrolment procedures (University of Baghdad, in Iraq, and the University of Potsdam, in Germany) both with opposite gender majority.  
The second step of investigation took place at the department of computer science at the University of Potsdam in Germany and analyzes the learning styles of students studying the three major fields of study offered by the department (computer science, business informatics, and computer science teaching). Investigating the differences in learning styles between the students of those study fields who usually take some joint courses is important to be aware of which changes are necessary to be adopted in the teaching methods to address those different students. It was a two stage study using two questionnaires; the main one is based on the Index of Learning Styles Questionnaire of B. A. Solomon and R. M. Felder, and the second questionnaire was an investigation on the students’ attitudes towards the findings of their personal first questionnaire. Our analysis shows differences in the preferences of learning style between male and female students of the different study fields, as well as differences between students with the different specialties (computer science, business informatics, and computer science teaching). 
The third investigation looks closely into the difficulties, issues, apprehensions and expectations of freshman students studying computer science. The study took place at the computer science department at the University of Potsdam with a volunteer sample of students. The goal is to determine and discuss the difficulties and issues that they are facing in their study that may lead them to think in dropping-out, changing the study field, or changing the university.  The research continued with the same sample of students (with business informatics students being the majority) through more than three semesters. Difficulties and issues during the study were documented, as well as students’ attitudes, apprehensions, and expectations.  Some of the professors and lecturers opinions and solutions to some students’ problems were also documented. Many participants had apprehensions and difficulties, especially towards informatics subjects. Some business informatics participants began to think of changing the university, in particular when they reached their third semester, others thought about changing their field of study. Till the end of this research, most of the participants continued in their studies (the study they have started with or the new study they have changed to) without leaving the higher education system.
N2  - Thema der Dissertation ist die Untersuchung von Voraussetzungen, Erwartungen, Haltungen, Einstellungen und Befürchtungen von Bachelor Studierenden der Informatik. Darüber hinaus werden in der vorliegenden Analyse anhand des Solomon/Felder-Modells Lerntypen unter den Informatik-Studierenden untersucht mit dem Ziel, mittels einer vorteilhafter gestalteten Lernumgebung zur Lernwirksamkeit und zur Reduktion der Abbrecherquote beizutragen.
Zunächst werden anhand einer Vergleichsstudie zwischen Informatik-Studierenden an der Universität Bagdad und an der Universität Potsdam sowie jeweils zwischen männlichen und weiblichen Studierenden Unterschiede in der Wahrnehmung des Fachs herausgearbeitet. Hierzu trägt insbesondere das irakische Studienplatzvergabeverfahren bei, das den Studierenden nur wenig Freiheiten lässt, ein Studienfach zu wählen mit dem Ergebnis, dass viele Studierende, darunter überwiegend weibliche Studierende, gegen ihre Absicht Informatik studieren. Dennoch arrangieren sich auch die weiblichen Studierenden mit dem Fach und beenden das Studium oft mit Best-Noten.
Der zweite Teil der Dissertation analysiert Lernstile von Studierenden des Instituts für Informatik der Universität Potsdam auf der Grundlage des Modells von Solomon/Felder mit dem Ziel, Hinweise für eine verbesserte Gestaltung der Lehrveranstaltungen zu gewinnen, die Lernende in der für sie geeigneten Form anspricht. Die Ergebnisse zeigen die Schwierigkeit, dieses Ziel zu erreichen, denn sowohl männliche und weibliche Studierende als auch Studierende von Informatik, Wirtschaftsinformatik und Lehramt Informatik weisen deutliche Unterschiede in den präferierten Lernstilen auf.
In einer dritten qualitativen Studie wurden mit Studierenden von Informatik, Wirtschaftsinformatik und Lehramt Informatik Interviews über einen Zeitraum der ersten drei Studiensemester geführt, um einen detaillierten Einblick in Haltungen, Einstellungen und Erwartungen zum Studium zu gewinnen sowie Probleme zu ermitteln, die möglicherweise zum Abbruch des Studiums oder zum Wechsel des Fachs oder der Universität führen können.
KW  - computer science education
KW  - dropout
KW  - changing the university
KW  - changing the study field
KW  - Computer Science
KW  - business informatics
KW  - study problems
KW  - tutorial section
KW  - higher education
KW  - teachers
KW  - professors
KW  - Informatikvoraussetzungen
KW  - Studentenerwartungen
KW  - Studentenhaltungen
KW  - Universitätseinstellungen
KW  - Bachelorstudierende der Informatik
KW  - Abbrecherquote
KW  - Wirtschaftsinformatik
KW  - Informatik
KW  - Universität Potsdam
KW  - Universität Bagdad
KW  - Probleme in der Studie
KW  - Lehrer
KW  - Professoren
KW  - Theoretischen Vorlesungen
KW  - Programmierung
KW  - Anleitung
KW  - Hochschulsystem
KW  - Informatik-Studiengänge
KW  - Didaktik der Informatik
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-98437
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Bröker, Kathrin
ED  - Schubert, Sigrid
ED  - Schwill, Andreas
T1  - Unterstützung Informatik-Studierender durch ein Lernzentrum
JF  - HDI 2014 : Gestalten von Übergängen
N2  - In diesem Papier wird das Konzept eines Lernzentrums für die Informatik (LZI) an der Universität Paderborn vorgestellt. Ausgehend von den fachspezifischen Schwierigkeiten der Informatik Studierenden werden die Angebote des LZIs erläutert, die sich über die vier Bereiche Individuelle Beratung und Betreuung, „Offener Lernraum“, Workshops und Lehrveranstaltungen sowie Forschung erstrecken. Eine erste Evaluation mittels Feedbackbögen zeigt, dass das Angebot bei den Studierenden positiv aufgenommen wird. Zukünftig soll das Angebot des LZIs weiter ausgebaut und verbessert werden. Ausgangsbasis dazu sind weitere Studien.
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-84754
VL  - 2015
IS  - 9
SP  - 189
EP  - 197
ER  - 
TY  - THES
A1  - Prasse, Paul
T1  - Pattern recognition for computer security
T1  - Mustererkennung für Computersicherheit
BT  - discriminative models for email spam campaign and malware detection
BT  - diskriminative Modelle zur Erkennung von Email Spam-Kampagnen und Malware
N2  - Computer Security deals with the detection and mitigation of threats to computer networks, data, and computing hardware. This
thesis addresses the following two computer security problems: email spam campaign and malware detection. 
Email spam campaigns can easily be generated using popular dissemination tools by specifying simple grammars that serve as message templates. A grammar is disseminated to nodes of a bot net, the nodes create messages by instantiating the grammar at random. Email spam campaigns can encompass huge data volumes and therefore pose a threat to the stability of the infrastructure of email service providers that have to store them. Malware -software that serves a malicious purpose- is affecting web servers, client computers via active content, and client computers through executable files. Without the help of malware detection systems it would be easy for malware creators to collect sensitive information or to infiltrate computers.


The detection of threats -such as email-spam messages, phishing messages, or malware- is an adversarial and therefore intrinsically
difficult problem. Threats vary greatly and evolve over time. The detection of threats based on manually-designed rules is therefore
difficult and requires a constant engineering effort. Machine-learning is a research area that revolves around the analysis of data and the discovery of patterns that describe aspects of the data. Discriminative learning methods extract prediction models from data that are optimized to predict a target attribute as accurately as possible. Machine-learning methods hold the promise of automatically identifying patterns that robustly and accurately detect threats. This thesis focuses on the design and analysis of discriminative learning methods for the two computer-security problems under investigation: email-campaign and malware detection.


The first part of this thesis addresses email-campaign detection. We focus on regular expressions as a syntactic framework, because regular expressions are intuitively comprehensible by security engineers and administrators, and they can be applied as a detection mechanism in an extremely efficient manner. In this setting, a prediction model is provided with exemplary messages from an email-spam campaign. The prediction model has to generate a regular expression that reveals the syntactic pattern that underlies the entire campaign, and that a security engineers finds comprehensible and feels confident enough to use the expression to blacklist further messages at the email server. We model this problem as two-stage learning problem with structured input and output spaces which can be solved using standard cutting plane methods. Therefore we develop an appropriate loss function, and derive a decoder for the resulting optimization problem.


The second part of this thesis deals with the problem of predicting whether a given JavaScript or PHP file is malicious or benign. Recent malware analysis techniques use static or dynamic features, or both. In fully dynamic analysis, the software or script is executed and observed for malicious behavior in a sandbox environment. By contrast, static analysis is based on features that can be extracted directly from the program file. In order to bypass static detection mechanisms, code obfuscation techniques are used to spread a malicious program file in many different syntactic variants. Deobfuscating the code before applying a static classifier can be subjected to mostly static code analysis and can overcome the problem of obfuscated malicious code, but on the other hand increases the computational costs of malware detection by an order of magnitude. In this thesis we present a cascaded architecture in which a classifier first performs a static analysis of the original code and -based on the outcome of this first classification step- the code may be deobfuscated and classified again. We explore several types of features including token $n$-grams, orthogonal sparse bigrams, subroutine-hashings, and syntax-tree features and study the robustness of detection methods and feature types against the evolution of malware over time. The developed tool scans very large file collections quickly and accurately.

Each model is evaluated on real-world data and compared to reference methods. Our approach of inferring regular expressions to filter emails belonging to an email spam campaigns leads to models with a high true-positive rate at a very low false-positive rate that is an order of magnitude lower than that of a commercial content-based filter. Our presented system -REx-SVMshort- is being used by a commercial email service provider and complements content-based and IP-address based filtering. 
Our cascaded malware detection system is evaluated on a high-quality data set of almost 400,000 conspicuous PHP files and a collection of more than 1,00,000 JavaScript files. From our case study we can conclude that our system can quickly and accurately process large data collections at a low false-positive rate.
N2  - Computer-Sicherheit beschäftigt sich mit der Erkennung und der Abwehr von Bedrohungen für Computer-Netze, Daten und Computer-Hardware. In dieser Dissertation wird die Leistungsfähigkeit von Modellen des maschinellen Lernens zur Erkennung von Bedrohungen anhand von zwei konkreten Fallstudien analysiert. Im ersten Szenario wird die Leistungsfähigkeit von Modellen zur Erkennung von Email Spam-Kampagnen untersucht. E-Mail Spam-Kampagnen werden häufig von leicht zu bedienenden Tools erzeugt. Diese Tools erlauben es dem Benutzer, mit Hilfe eines Templates (z.B. einer regulären Grammatik) eine Emailvorlage zu definieren. Ein solches Template kann z.B. auf die Knoten eines Botnetzes verteilt werden. Dort werden Nachrichten mit diesem Template generiert und an verschiedene Absender verschickt. Die damit entstandenen E-Mail Spam-Kampagnen können riesige Datenmengen produzieren und somit zu einer Gefahr für die Stabilität der Infrastruktur von E-Mail-Service-Providern werden. Im zweiten Szenario wird die Leistungsfähigkeit von Modellen zur Erkennung von Malware untersucht. Malware bzw. Software, die schadhaften Programmcode enthält, kann Web-Server und Client-Computer über aktive Inhalte und Client-Computer über ausführbare Dateien beeinflussen. Somit kann die die reguläre und legitime Nutzung von Diensten verhindert werden. Des Weiteren kann Malware genutzt werden, um sensible Informationen zu sammeln oder Computer zu infiltrieren.

Die Erkennung von Bedrohungen, die von E-Mail-Spam-Mails, Phishing-E-Mails oder Malware ausgehen, gestaltet sich schwierig. Zum einen verändern sich Bedrohungen von Zeit zu Zeit, zum anderen werden E-Mail-Spam-Mails oder Malware so modifiziert, dass sie von aktuellen Erkennungssystemen nicht oder nur schwer zu erkennen sind. Erkennungssysteme, die auf manuell erstellten Regeln basieren, sind deshalb wenig effektiv, da sie ständig administriert werden müssen. Sie müssen kontinuierlich gewartet werden, um neue Regeln (für veränderte oder neu auftretende Bedrohungen) zu erstellen und alte Regeln anzupassen bzw. zu löschen. Maschinelles Lernen ist ein Forschungsgebiet, das sich mit der Analyse von Daten und der Erkennung von Mustern beschäftigt, um bestimmte Aspekte in Daten, wie beispielsweise die Charakteristika von Malware, zu beschreiben. Mit Hilfe der Methoden des Maschinellen Lernens ist es möglich, automatisiert Muster in Daten zu erkennen. Diese Muster können genutzt werden, um Bedrohung gezielt und genau zu erkennen. 

Im ersten Teil wird ein Modell zur automatischen Erkennung von E-Mail-Spam-Kampag\-nen vorgestellt. Wir verwenden reguläre Ausdrücke als syntaktischen Rahmen, um E-Mail-Spam-Kampagnen zu beschreiben und E-Mails die zu einer E-Mail-Spam-Kampagne gehören zu identifizieren. Reguläre Ausdrücke sind intuitiv verständlich und können einfach von  Administratoren genutzt werden, um E-Mail-Spam-Kampagnen zu beschreiben. Diese Arbeit stellt ein Modell vor, das für eine gegebene E-Mail-Spam-Kampagne einen regulären Ausdruck vorhersagt. In dieser Arbeit stellen wir ein Verfahren vor, um ein Modell zu bestimmen, das reguläre Ausdrücke vorhersagt, die zum Einen die Gesamtheit aller E-Mails in einer Spam-Kampagne abbilden und zum Anderen so verständlich aufgebaut sind, dass ein Systemadministrator eines E-Mail Servers diesen verwendet. Diese Problemstellung wird als ein zweistufiges Lernproblem mit strukturierten Ein- und Ausgaberäumen modelliert, welches mit Standardmethoden des Maschinellen Lernens gelöst werden kann. Hierzu werden eine geeignete Verlustfunktion, sowie ein Dekodierer für das resultierende Optimierungsproblem hergeleitet.

Der zweite Teil behandelt die Analyse von Modellen zur Erkennung von Java-Script oder PHP-Dateien mit schadhaften Code. Viele neu entwickelte Malwareanalyse-Tools nutzen statische, dynamische oder eine Mischung beider Merkmalsarten als Eingabe, um Modelle zur Erkennung von Malware zu bilden. Um dynamische Merkmale zu extrahieren, wird eine Software oder ein Teil des Programmcodes in einer gesicherten Umgebung ausgeführt und das Verhalten (z.B. Speicherzugriffe oder Funktionsaufrufe) analysiert. Bei der statischen Analyse von Skripten und Software werden Merkmale direkt aus dem Programcode extrahiert. Um Erkennungsmechanismen, die nur auf statischen Merkmalen basieren, zu umgehen, wird der Programmcode oft maskiert. Die Maskierung von Programmcode wird genutzt, um einen bestimmten schadhaften Programmcode in vielen syntaktisch unterschiedlichen Varianten zu erzeugen. Der originale schadhafte Programmcode wird dabei erst zur Laufzeit generiert. Wird der Programmcode vor dem Anwenden eines Vorhersagemodells demaskiert, spricht man von einer vorwiegend statischen Programmcodeanalyse. Diese hat den Vorteil, dass enthaltener Schadcode einfacher zu erkennen ist. Großer Nachteil dieses Ansatzes ist die erhöhte Laufzeit durch das Demaskieren der einzelnen Dateien vor der Anwendung des Vorhersagemodells. In dieser Arbeit wird eine mehrstufige Architektur präsentiert, in der ein Klassifikator zunächst eine Vorhersage auf Grundlage einer statischen Analyse auf dem originalen Programmcode trifft. Basierend auf dieser Vorhersage wird der Programcode in einem zweiten Schritt demaskiert und erneut ein Vorhersagemodell angewendet. Wir betrachten dabei eine Vielzahl von möglichen Merkmalstypen, wie $n$-gram Merkmale, orthogonal sparse bigrams, Funktions-Hashes und Syntaxbaum Merkmale. Zudem wird in dieser Dissertation untersucht, wie robust die entwickelten Erkennungsmodelle gegenüber Veränderungen von Malware über die Zeit sind. Das vorgestellte Verfahren ermöglicht es, große Datenmengen mit hoher Treffergenauigkeit nach Malware zu durchsuchen.

Alle in dieser Dissertation vorgestellten Modelle wurden auf echten Daten evaluiert und mit Referenzmethoden verglichen. Das  vorgestellte Modell zur Erkennung von E-Mail-Spam-Kampagnen hat eine hohe richtig-positive Rate und eine sehr kleine falsch-positiv Rate die niedriger ist, als die eines kommerziellen E-Mail-Filters. Das Modell wird von einem kommerziellen E-Mail Service Provider während des operativen Geschäfts genutzt, um eingehende und ausgehende E-Mails eines E-Mails-Servers zu überprüfen. Der Ansatz zur Malwareerkennung wurde auf einem Datensatz mit rund 400.000 verdächtigen PHP Dateien und einer Sammlung von mehr als 1.000.000 Java-Script Dateien evaluiert. Die Fallstudie auf diesen Daten zeigt, dass das vorgestellte System schnell und mit hoher Genauigkeit riesige Datenmengen mit wenigen Falsch-Alarmen nach Malware durchsuchen kann.
KW  - malware detection
KW  - structured output prediction
KW  - pattern recognition
KW  - computer security
KW  - email spam detection
KW  - maschninelles Lernen
KW  - Computersicherheit
KW  - strukturierte Vorhersage
KW  - Klassifikation
KW  - Vorhersage
KW  - Spam
KW  - Malware
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-100251
ER  - 
TY  - THES
A1  - Haider, Peter
T1  - Prediction with Mixture Models
T1  - Vorhersage mit Mischmodellen
N2  - Learning a model for the relationship between the attributes and the annotated labels of data examples serves two purposes. Firstly, it enables the prediction of the label for examples without annotation. Secondly, the parameters of the model can provide useful insights into the structure of the data. If the data has an inherent partitioned structure, it is natural to mirror this structure in the model. Such mixture models predict by combining the individual predictions generated by the mixture components which correspond to the partitions in the data. Often the partitioned structure is latent, and has to be inferred when learning the mixture model. Directly evaluating the accuracy of the inferred partition structure is, in many cases, impossible because the ground truth cannot be obtained for comparison. However it can be assessed indirectly by measuring the prediction accuracy of the mixture model that arises from it. This thesis addresses the interplay between the improvement of predictive accuracy by uncovering latent cluster structure in data, and further addresses the validation of the estimated structure by measuring the accuracy of the resulting predictive model. In the application of filtering unsolicited emails, the emails in the training set are latently clustered into advertisement campaigns. Uncovering this latent structure allows filtering of future emails with very low false positive rates. In order to model the cluster structure, a Bayesian clustering model for dependent binary features is developed in this thesis. Knowing the clustering of emails into campaigns can also aid in uncovering which emails have been sent on behalf of the same network of captured hosts, so-called botnets. This association of emails to networks is another layer of latent clustering. Uncovering this latent structure allows service providers to further increase the accuracy of email filtering and to effectively defend against distributed denial-of-service attacks. To this end, a discriminative clustering model is derived in this thesis that is based on the graph of observed emails. The partitionings inferred using this model are evaluated through their capacity to predict the campaigns of new emails. Furthermore, when classifying the content of emails, statistical information about the sending server can be valuable. Learning a model that is able to make use of it requires training data that includes server statistics. In order to also use training data where the server statistics are missing, a model that is a mixture over potentially all substitutions thereof is developed. Another application is to predict the navigation behavior of the users of a website. Here, there is no a priori partitioning of the users into clusters, but to understand different usage scenarios and design different layouts for them, imposing a partitioning is necessary. The presented approach simultaneously optimizes the discriminative as well as the predictive power of the clusters. Each model is evaluated on real-world data and compared to baseline methods. The results show that explicitly modeling the assumptions about the latent cluster structure leads to improved predictions compared to the baselines. It is beneficial to incorporate a small number of hyperparameters that can be tuned to yield the best predictions in cases where the prediction accuracy can not be optimized directly.
N2  - Das Lernen eines Modells für den Zusammenhang zwischen den Eingabeattributen und annotierten Zielattributen von Dateninstanzen dient zwei Zwecken. Einerseits ermöglicht es die Vorhersage des Zielattributs für Instanzen ohne Annotation. Andererseits können die Parameter des Modells nützliche Einsichten in die Struktur der Daten liefern. Wenn die Daten eine inhärente Partitionsstruktur besitzen, ist es natürlich, diese Struktur im Modell widerzuspiegeln. Solche Mischmodelle generieren Vorhersagen, indem sie die individuellen Vorhersagen der Mischkomponenten, welche mit den Partitionen der Daten korrespondieren, kombinieren. Oft ist die Partitionsstruktur latent und muss beim Lernen des Mischmodells mitinferiert werden. Eine direkte Evaluierung der Genauigkeit der inferierten Partitionsstruktur ist in vielen Fällen unmöglich, weil keine wahren Referenzdaten zum Vergleich herangezogen werden können. Jedoch kann man sie indirekt einschätzen, indem man die Vorhersagegenauigkeit des darauf basierenden Mischmodells misst. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Zusammenspiel zwischen der Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit durch das Aufdecken latenter Partitionierungen in Daten, und der Bewertung der geschätzen Struktur durch das Messen der Genauigkeit des resultierenden Vorhersagemodells. Bei der Anwendung des Filterns unerwünschter E-Mails sind die E-Mails in der Trainingsmende latent in Werbekampagnen partitioniert. Das Aufdecken dieser latenten Struktur erlaubt das Filtern zukünftiger E-Mails mit sehr niedrigen Falsch-Positiv-Raten. In dieser Arbeit wird ein Bayes'sches Partitionierunsmodell entwickelt, um diese Partitionierungsstruktur zu modellieren. Das Wissen über die Partitionierung von E-Mails in Kampagnen hilft auch dabei herauszufinden, welche E-Mails auf Veranlassen des selben Netzes von infiltrierten Rechnern, sogenannten Botnetzen, verschickt wurden. Dies ist eine weitere Schicht latenter Partitionierung. Diese latente Struktur aufzudecken erlaubt es, die Genauigkeit von E-Mail-Filtern zu erhöhen und sich effektiv gegen verteilte Denial-of-Service-Angriffe zu verteidigen. Zu diesem Zweck wird in dieser Arbeit ein diskriminatives Partitionierungsmodell hergeleitet, welches auf dem Graphen der beobachteten E-Mails basiert. Die mit diesem Modell inferierten Partitionierungen werden via ihrer Leistungsfähigkeit bei der Vorhersage der Kampagnen neuer E-Mails evaluiert. Weiterhin kann bei der Klassifikation des Inhalts einer E-Mail statistische Information über den sendenden Server wertvoll sein. Ein Modell zu lernen das diese Informationen nutzen kann erfordert Trainingsdaten, die Serverstatistiken enthalten. Um zusätzlich Trainingsdaten benutzen zu können, bei denen die Serverstatistiken fehlen, wird ein Modell entwickelt, das eine Mischung über potentiell alle Einsetzungen davon ist. Eine weitere Anwendung ist die Vorhersage des Navigationsverhaltens von Benutzern einer Webseite. Hier gibt es nicht a priori eine Partitionierung der Benutzer. Jedoch ist es notwendig, eine Partitionierung zu erzeugen, um verschiedene Nutzungsszenarien zu verstehen und verschiedene Layouts dafür zu entwerfen. Der vorgestellte Ansatz optimiert gleichzeitig die Fähigkeiten des Modells, sowohl die beste Partition zu bestimmen als auch mittels dieser Partition Vorhersagen über das Verhalten zu generieren. Jedes Modell wird auf realen Daten evaluiert und mit Referenzmethoden verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass das explizite Modellieren der Annahmen über die latente Partitionierungsstruktur zu verbesserten Vorhersagen führt. In den Fällen bei denen die Vorhersagegenauigkeit nicht direkt optimiert werden kann, erweist sich die Hinzunahme einer kleinen Anzahl von übergeordneten, direkt einstellbaren Parametern als nützlich.
KW  - maschinelles Lernen
KW  - Vorhersage
KW  - Clusteranalyse
KW  - Mischmodelle
KW  - machine learning
KW  - prediction
KW  - clustering
KW  - mixture models
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-69617
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dick, Uwe
T1  - Discriminative Classification Models for Internet Security
T1  - Diskriminative Klassifikationsmodelle in der Internet-Sicherheit
BT  - Mitigating Email Spam and HTTP-Layer DDoS Attacks
BT  - Verhindern von Email-Spam und HTTP-Layer DDoS-Attacken
N2  - Services that operate over the Internet are under constant threat of being exposed to fraudulent use. Maintaining good user experience for legitimate users often requires the classification of entities as malicious or legitimate in order to initiate countermeasures. As an example, inbound email spam filters decide for spam or non-spam. They can base their decision on both the content of each email as well as on features that summarize prior emails received from the sending server. In general, discriminative classification methods learn to distinguish positive from negative entities. Each decision for a label may be based on features of the entity and related entities. When labels of related entities have strong interdependencies---as can be assumed e.g. for emails being delivered by the same user---classification decisions should not be made independently and dependencies should be modeled in the decision function. This thesis addresses the formulation of discriminative classification problems that are tailored for the specific demands of the following three Internet security applications. Theoretical and algorithmic solutions are devised to protect an email service against flooding of user inboxes, to mitigate abusive usage of outbound email servers, and to protect web servers against distributed denial of service attacks. 

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

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

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

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

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

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

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

Alle Modelle werden auf industriellen Daten evaluiert und mit Referenzmethoden verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass anforderungsspezifische Modellierung der Klassifikationsprobleme die Performance gegenüber den Vergleichsmethoden verbessert.
KW  - Machine Learning
KW  - Internet Security
KW  - DDoS
KW  - Spam-Filtering
KW  - DDoS
KW  - Internet-Sicherheit
KW  - Maschinelles Lernen
KW  - Spam-Erkennung
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-102593
ER  - 
TY  - THES
A1  - Glander, Tassilo
T1  - Multi-scale representations of virtual 3D city models
T1  - Maßstabsabhängige Repräsentationen virtueller 3D-Stadtmodelle
N2  - Virtual 3D city and landscape models are the main subject investigated in this thesis. They digitally represent urban space and have many applications in different domains, e.g., simulation, cadastral management, and city planning. Visualization is an elementary component of these applications. Photo-realistic visualization with an increasingly high degree of detail leads to fundamental problems for comprehensible visualization. A large number of highly detailed and textured objects within a virtual 3D city model may create visual noise and overload the users with information. Objects are subject to perspective foreshortening and may be occluded or not displayed in a meaningful way, as they are too small. In this thesis we present abstraction techniques that automatically process virtual 3D city and landscape models to derive abstracted representations. These have a reduced degree of detail, while essential characteristics are preserved. After introducing definitions for model, scale, and multi-scale representations, we discuss the fundamentals of map generalization as well as techniques for 3D generalization. The first presented technique is a cell-based generalization of virtual 3D city models. It creates abstract representations that have a highly reduced level of detail while maintaining essential structures, e.g., the infrastructure network, landmark buildings, and free spaces. The technique automatically partitions the input virtual 3D city model into cells based on the infrastructure network. The single building models contained in each cell are aggregated to abstracted cell blocks. Using weighted infrastructure elements, cell blocks can be computed on different hierarchical levels, storing the hierarchy relation between the cell blocks. Furthermore, we identify initial landmark buildings within a cell by comparing the properties of individual buildings with the aggregated properties of the cell. For each block, the identified landmark building models are subtracted using Boolean operations and integrated in a photo-realistic way. Finally, for the interactive 3D visualization we discuss the creation of the virtual 3D geometry and their appearance styling through colors, labeling, and transparency. We demonstrate the technique with example data sets. Additionally, we discuss applications of generalization lenses and transitions between abstract representations. The second technique is a real-time-rendering technique for geometric enhancement of landmark objects within a virtual 3D city model. Depending on the virtual camera distance, landmark objects are scaled to ensure their visibility within a specific distance interval while deforming their environment. First, in a preprocessing step a landmark hierarchy is computed, this is then used to derive distance intervals for the interactive rendering. At runtime, using the virtual camera distance, a scaling factor is computed and applied to each landmark. The scaling factor is interpolated smoothly at the interval boundaries using cubic Bézier splines. Non-landmark geometry that is near landmark objects is deformed with respect to a limited number of landmarks. We demonstrate the technique by applying it to a highly detailed virtual 3D city model and a generalized 3D city model. In addition we discuss an adaptation of the technique for non-linear projections and mobile devices. The third technique is a real-time rendering technique to create abstract 3D isocontour visualization of virtual 3D terrain models. The virtual 3D terrain model is visualized as a layered or stepped relief. The technique works without preprocessing and, as it is implemented using programmable graphics hardware, can be integrated with minimal changes into common terrain rendering techniques. Consequently, the computation is done in the rendering pipeline for each vertex, primitive, i.e., triangle, and fragment. For each vertex, the height is quantized to the nearest isovalue. For each triangle, the vertex configuration with respect to their isovalues is determined first. Using the configuration, the triangle is then subdivided. The subdivision forms a partial step geometry aligned with the triangle. For each fragment, the surface appearance is determined, e.g., depending on the surface texture, shading, and height-color-mapping. Flexible usage of the technique is demonstrated with applications from focus+context visualization, out-of-core terrain rendering, and information visualization. This thesis presents components for the creation of abstract representations of virtual 3D city and landscape models. Re-using visual language from cartography, the techniques enable users to build on their experience with maps when interpreting these representations. Simultaneously, characteristics of 3D geovirtual environments are taken into account by addressing and discussing, e.g., continuous scale, interaction, and perspective.
N2  - Gegenstand der Arbeit sind virtuelle 3D-Stadt- und Landschaftsmodelle, die den städtischen Raum in digitalen Repräsentationen abbilden. Sie werden in vielfältigen Anwendungen und zu unterschiedlichen Zwecken eingesetzt. Dabei ist die Visualisierung ein elementarer Bestandteil dieser Anwendungen. Durch realitätsnahe Darstellung und hohen Detailgrad entstehen jedoch zunehmend fundamentale Probleme für eine verständliche Visualisierung. So führt beispielsweise die hohe Anzahl von detailliert ausmodellierten und texturierten Objekten eines virtuellen 3D-Stadtmodells zu Informationsüberflutung beim Betrachter. In dieser Arbeit werden Abstraktionsverfahren vorgestellt, die diese Probleme behandeln. Ziel der Verfahren ist die automatische Transformation virtueller 3D-Stadt- und Landschaftsmodelle in abstrakte Repräsentationen, die bei reduziertem Detailgrad wichtige Charakteristika erhalten. Nach der Einführung von Grundbegriffen zu Modell, Maßstab und Mehrfachrepräsentationen werden theoretische Grundlagen zur Generalisierung von Karten sowie Verfahren zur 3D-Generalisierung betrachtet. Das erste vorgestellte Verfahren beschreibt die zellbasierte Generalisierung von virtuellen 3DStadtmodellen. Es erzeugt abstrakte Repräsentationen, die drastisch im Detailgrad reduziert sind, erhält dabei jedoch die wichtigsten Strukturen, z.B. das Infrastrukturnetz, Landmarkengebäude und Freiflächen. Dazu wird in einem vollautomatischen Verfahren das Eingabestadtmodell mithilfe des Infrastrukturnetzes in Zellen zerlegt. Pro Zelle wird abstrakte Gebäudegeometrie erzeugt, indem die enthaltenen Einzelgebäude mit ihren Eigenschaften aggregiert werden. Durch Berücksichtigung gewichteter Elemente des Infrastrukturnetzes können Zellblöcke auf verschiedenen Hierarchieebenen berechnet werden. Weiterhin werden Landmarken gesondert berücksichtigt: Anhand statistischer Abweichungen der Eigenschaften der Einzelgebäudes von den aggregierten Eigenschaften der Zelle werden Gebäude gegebenenfalls als initiale Landmarken identifiziert. Schließlich werden die Landmarkengebäude aus den generalisierten Blöcken mit Booleschen Operationen ausgeschnitten und realitätsnah dargestellt. Die Ergebnisse des Verfahrens lassen sich in interaktiver 3D-Darstellung einsetzen. Das Verfahren wird beispielhaft an verschiedenen Datensätzen demonstriert und bezüglich der Erweiterbarkeit diskutiert. Das zweite vorgestellte Verfahren ist ein Echtzeit-Rendering-Verfahren für geometrische Hervorhebung von Landmarken innerhalb eines virtuellen 3D-Stadtmodells: Landmarkenmodelle werden abhängig von der virtuellen Kameradistanz vergrößert, so dass sie innerhalb eines spezifischen Entfernungsintervalls sichtbar bleiben; dabei wird ihre Umgebung deformiert. In einem Vorverarbeitungsschritt wird eine Landmarkenhierarchie bestimmt, aus der die Entfernungsintervalle für die interaktive Darstellung abgeleitet werden. Zur Laufzeit wird anhand der virtuellen Kameraentfernung je Landmarke ein dynamischer Skalierungsfaktor bestimmt, der das Landmarkenmodell auf eine sichtbare Größe skaliert. Dabei wird der Skalierungsfaktor an den Intervallgrenzen durch kubisch interpoliert. Für Nicht-Landmarkengeometrie in der Umgebung wird die Deformation bezüglich einer begrenzten Menge von Landmarken berechnet. Die Eignung des Verfahrens wird beispielhaft anhand verschiedener Datensätze demonstriert und bezüglich der Erweiterbarkeit diskutiert. Das dritte vorgestellte Verfahren ist ein Echtzeit-Rendering-Verfahren, das eine abstrakte 3D-Isokonturen-Darstellung von virtuellen 3D-Geländemodellen erzeugt. Für das Geländemodell wird eine Stufenreliefdarstellung für eine Menge von nutzergewählten Höhenwerten erzeugt. Das Verfahren arbeitet ohne Vorverarbeitung auf Basis programmierbarer Grafikkarten-Hardware. Entsprechend erfolgt die Verarbeitung in der Prozesskette pro Geometrieknoten, pro Dreieck, und pro Bildfragment. Pro Geometrieknoten wird zunächst die Höhe auf den nächstliegenden Isowert quantisiert. Pro Dreieck wird dann die Konfiguration bezüglich der Isowerte der drei Geometrieknoten bestimmt. Anhand der Konfiguration wird eine geometrische Unterteilung vorgenommen, so dass ein Stufenausschnitt entsteht, der dem aktuellen Dreieck entspricht. Pro Bildfragment wird schließlich die finale Erscheinung definiert, z.B. anhand von Oberflächentextur, durch Schattierung und Höheneinfärbung. Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten werden mit verschiedenen Anwendungen demonstriert. Die Arbeit stellt Bausteine für die Erzeugung abstrakter Darstellungen von virtuellen 3D-Stadt und Landschaftsmodellen vor. Durch die Orientierung an kartographischer Bildsprache können die Nutzer auf bestehende Erfahrungen bei der Interpretation zurückgreifen. Dabei werden die charakteristischen Eigenschaften 3D geovirtueller Umgebungen berücksichtigt, indem z.B. kontinuierlicher Maßstab, Interaktion und Perspektive behandelt und diskutiert werden.
KW  - Generalisierung
KW  - virtuelle 3D-Stadtmodelle
KW  - Gebäudemodelle
KW  - Landmarken
KW  - Geländemodelle
KW  - generalization
KW  - virtual 3D city models
KW  - building models
KW  - landmarks
KW  - terrain models
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64117
ER  - 
TY  - THES
A1  - Seibel, Andreas
T1  - Traceability and model management with executable and dynamic hierarchical megamodels
T1  - Traceability und Modell Management mit ausführbaren und dynamischen Megamodellen
N2  - Nowadays, model-driven engineering (MDE) promises to ease software development by decreasing the inherent complexity of classical software development. In order to deliver on this promise, MDE increases the level of abstraction and automation, through a consideration of domain-specific models (DSMs) and model operations (e.g. model transformations or code generations). DSMs conform to domain-specific modeling languages (DSMLs), which increase the level of abstraction, and model operations are first-class entities of software development because they increase the level of automation. Nevertheless, MDE has to deal with at least two new dimensions of complexity, which are basically caused by the increased linguistic and technological heterogeneity. The first dimension of complexity is setting up an MDE environment, an activity comprised of the implementation or selection of DSMLs and model operations. Setting up an MDE environment is both time-consuming and error-prone because of the implementation or adaptation of model operations. The second dimension of complexity is concerned with applying MDE for actual software development. Applying MDE is challenging because a collection of DSMs, which conform to potentially heterogeneous DSMLs, are required to completely specify a complex software system. A single DSML can only be used to describe a specific aspect of a software system at a certain level of abstraction and from a certain perspective. Additionally, DSMs are usually not independent but instead have inherent interdependencies, reflecting (partial) similar aspects of a software system at different levels of abstraction or from different perspectives. A subset of these dependencies are applications of various model operations, which are necessary to keep the degree of automation high. This becomes even worse when addressing the first dimension of complexity. Due to continuous changes, all kinds of dependencies, including the applications of model operations, must also be managed continuously. This comprises maintaining the existence of these dependencies and the appropriate (re-)application of model operations. The contribution of this thesis is an approach that combines traceability and model management to address the aforementioned challenges of configuring and applying MDE for software development. The approach is considered as a traceability approach because it supports capturing and automatically maintaining dependencies between DSMs. The approach is considered as a model management approach because it supports managing the automated (re-)application of heterogeneous model operations. In addition, the approach is considered as a comprehensive model management. Since the decomposition of model operations is encouraged to alleviate the first dimension of complexity, the subsequent composition of model operations is required to counteract their fragmentation. A significant portion of this thesis concerns itself with providing a method for the specification of decoupled yet still highly cohesive complex compositions of heterogeneous model operations. The approach supports two different kinds of compositions - data-flow compositions and context compositions. Data-flow composition is used to define a network of heterogeneous model operations coupled by sharing input and output DSMs alone. Context composition is related to a concept used in declarative model transformation approaches to compose individual model transformation rules (units) at any level of detail. In this thesis, context composition provides the ability to use a collection of dependencies as context for the composition of other dependencies, including model operations. In addition, the actual implementation of model operations, which are going to be composed, do not need to implement any composition concerns. The approach is realized by means of a formalism called an executable and dynamic hierarchical megamodel, based on the original idea of megamodels. This formalism supports specifying compositions of dependencies (traceability and model operations). On top of this formalism, traceability is realized by means of a localization concept, and model management by means of an execution concept.
N2  - Die modellgetriebene Softwareentwicklung (MDE) verspricht heutzutage, durch das Verringern der inhärenten Komplexität der klassischen Softwareentwicklung, das Entwickeln von Software zu vereinfachen. Um dies zu erreichen, erhöht MDE das Abstraktions- und Automationsniveau durch die Einbindung domänenspezifischer Modelle (DSMs) und Modelloperationen (z.B. Modelltransformationen oder Codegenerierungen). DSMs sind konform zu domänenspezifischen Modellierungssprachen (DSMLs), die dazu dienen das Abstraktionsniveau der Softwareentwicklung zu erhöhen. Modelloperationen sind essentiell für die Softwareentwicklung da diese den Grad der Automatisierung erhöhen. Dennoch muss MDE mit Komplexitätsdimensionen umgehen die sich grundsätzlich aus der erhöhten sprachlichen und technologischen Heterogenität ergeben. Die erste Komplexitätsdimension ist das Konfigurieren einer Umgebung für MDE. Diese Aktivität setzt sich aus der Implementierung und Selektion von DSMLs sowie Modelloperationen zusammen. Eine solche Aktivität ist gerade durch die Implementierung und Anpassung von Modelloperationen zeitintensiv sowie fehleranfällig. Die zweite Komplexitätsdimension hängt mit der Anwendung von MDE für die eigentliche Softwareentwicklung zusammen. Das Anwenden von MDE ist eine Herausforderung weil eine Menge von heterogenen DSMs, die unterschiedlichen DSMLs unterliegen, erforderlich sind um ein komplexes Softwaresystem zu spezifizieren. Individuelle DSMLs werden verwendet um spezifische Aspekte eines Softwaresystems auf bestimmten Abstraktionsniveaus und aus bestimmten Perspektiven zu beschreiben. Hinzu kommt, dass DSMs sowie DSMLs grundsätzlich nicht unabhängig sind, sondern inhärente Abhängigkeiten besitzen. Diese Abhängigkeiten reflektieren äquivalente Aspekte eines Softwaresystems. Eine Teilmenge dieser Abhängigkeiten reflektieren Anwendungen diverser Modelloperationen, die notwendig sind um den Grad der Automatisierung hoch zu halten. Dies wird erschwert wenn man die erste Komplexitätsdimension hinzuzieht. Aufgrund kontinuierlicher Änderungen der DSMs, müssen alle Arten von Abhängigkeiten, inklusive die Anwendung von Modelloperationen, kontinuierlich verwaltet werden. Dies beinhaltet die Wartung dieser Abhängigkeiten und das sachgerechte (wiederholte) Anwenden von Modelloperationen. Der Beitrag dieser Arbeit ist ein Ansatz, der die Bereiche Traceability und Model Management vereint. Das Erfassen und die automatische Verwaltung von Abhängigkeiten zwischen DSMs unterstützt Traceability, während das (automatische) wiederholte Anwenden von heterogenen Modelloperationen Model Management ermöglicht. Dadurch werden die zuvor erwähnten Herausforderungen der Konfiguration und Anwendung von MDE überwunden. Die negativen Auswirkungen der ersten Komplexitätsdimension können gelindert werden indem Modelloperationen in atomare Einheiten zerlegt werden. Um der implizierten Fragmentierung entgegenzuwirken, erfordert dies allerdings eine nachfolgende Komposition der Modelloperationen. Der Ansatz wird als erweitertes Model Management betrachtet, da ein signifikanter Anteil dieser Arbeit die Kompositionen von heterogenen Modelloperationen behandelt. Unterstützt werden zwei unterschiedliche Arten von Kompositionen. Datenfluss-Kompositionen werden verwendet, um Netzwerke von heterogenen Modelloperationen zu beschreiben, die nur durch das Teilen von Ein- und Ausgabe DSMs komponiert werden. Kontext-Kompositionen bedienen sich eines Konzepts, das von deklarativen Modelltransformationen bekannt ist. Dies ermöglicht die Komposition von unabhängigen Transformationsregeln auf unterschiedlichsten Detailebenen. Die in dieser Arbeit eingeführten Kontext-Kompositionen bieten die Möglichkeit eine Menge von unterschiedlichsten Abhängigkeiten als Kontext für eine Komposition zu verwenden -- unabhängig davon ob diese Abhängigkeit eine Modelloperation repräsentiert. Zusätzlich müssen die Modelloperationen, die komponiert werden, selber keine Kompositionsaspekte implementieren, was deren Wiederverwendbarkeit erhöht. Realisiert wird dieser Ansatz durch einen Formalismus der Executable and Dynamic Hierarchical Megamodel genannt wird und auf der originalen Idee der Megamodelle basiert. Auf Basis dieses Formalismus' sind die Konzepte Traceability (hier Localization) und Model Management (hier Execution) umgesetzt.
KW  - Traceability
KW  - Modell Management
KW  - Megamodell
KW  - Modellgetriebene Entwicklung
KW  - Komposition
KW  - Traceability
KW  - Model Management
KW  - Megamodel
KW  - Model-Driven Engineering
KW  - Composition
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64222
ER  - 
TY  - THES
A1  - Polyvyanyy, Artem
T1  - Structuring process models
T1  - Strukturierung von Prozessmodellen
N2  - One can fairly adopt the ideas of Donald E. Knuth to conclude that process modeling is both a science and an art. Process modeling does have an aesthetic sense. Similar to composing an opera or writing a novel, process modeling is carried out by humans who undergo creative practices when engineering a process model. Therefore, the very same process can be modeled in a myriad number of ways. Once modeled, processes can be analyzed by employing scientific methods. Usually, process models are formalized as directed graphs, with nodes representing tasks and decisions, and directed arcs describing temporal constraints between the nodes. Common process definition languages, such as Business Process Model and Notation (BPMN) and Event-driven Process Chain (EPC) allow process analysts to define models with arbitrary complex topologies. The absence of structural constraints supports creativity and productivity, as there is no need to force ideas into a limited amount of available structural patterns. Nevertheless, it is often preferable that models follow certain structural rules. A well-known structural property of process models is (well-)structuredness. A process model is (well-)structured if and only if every node with multiple outgoing arcs (a split) has a corresponding node with multiple incoming arcs (a join), and vice versa, such that the set of nodes between the split and the join induces a single-entry-single-exit (SESE) region; otherwise the process model is unstructured. The motivations for well-structured process models are manifold: (i) Well-structured process models are easier to layout for visual representation as their formalizations are planar graphs. (ii) Well-structured process models are easier to comprehend by humans. (iii) Well-structured process models tend to have fewer errors than unstructured ones and it is less probable to introduce new errors when modifying a well-structured process model. (iv) Well-structured process models are better suited for analysis with many existing formal techniques applicable only for well-structured process models. (v) Well-structured process models are better suited for efficient execution and optimization, e.g., when discovering independent regions of a process model that can be executed concurrently. Consequently, there are process modeling languages that encourage well-structured modeling, e.g., Business Process Execution Language (BPEL) and ADEPT. However, the well-structured process modeling implies some limitations: (i) There exist processes that cannot be formalized as well-structured process models. (ii) There exist processes that when formalized as well-structured process models require a considerable duplication of modeling constructs. Rather than expecting well-structured modeling from start, we advocate for the absence of structural constraints when modeling. Afterwards, automated methods can suggest, upon request and whenever possible, alternative formalizations that are "better" structured, preferably well-structured. In this thesis, we study the problem of automatically transforming process models into equivalent well-structured models. The developed transformations are performed under a strong notion of behavioral equivalence which preserves concurrency. The findings are implemented in a tool, which is publicly available.
N2  - Im Sinne der Ideen von Donald E. Knuth ist die Prozessmodellierung sowohl Wissenschaft als auch Kunst. Prozessmodellierung hat immer auch eine ästhetische Dimension. Wie das Komponieren einer Oper oder das Schreiben eines Romans, so stellt auch die Prozessmodellierung einen kreativen Akt eines Individuums dar. Somit kann ein Prozess auf unterschiedlichste Weise modelliert werden. Prozessmodelle können anschließend mit wissenschaftlichen Methoden untersucht werden. Prozessmodelle liegen im Regelfall als gerichtete Graphen vor. Knoten stellen Aktivitäten und Entscheidungspunkte dar, während gerichtete Kanten die temporalen Abhängigkeiten zwischen den Knoten beschreiben. Gängige Prozessmodellierungssprachen, zum Beispiel die Business Process Model and Notation (BPMN) und Ereignisgesteuerte Prozessketten (EPK), ermöglichen die Erstellung von Modellen mit einer beliebig komplexen Topologie. Es gibt keine strukturellen Einschränkungen, welche die Kreativität oder Produktivität durch eine begrenzte Anzahl von Modellierungsalternativen einschränken würden. Nichtsdestotrotz ist es oft wünschenswert, dass Modelle bestimmte strukturelle Eigenschaften haben. Ein bekanntes strukturelles Merkmal für Prozessmodelle ist Wohlstrukturiertheit. Ein Prozessmodell ist wohlstrukturiert genau dann, wenn jeder Knoten mit mehreren ausgehenden Kanten (ein Split) einen entsprechenden Knoten mit mehreren eingehenden Kanten (einen Join) hat, und umgekehrt, so dass die Knoten welche zwischen dem Split und dem Join liegen eine single-entry-single-exit (SESE) Region bilden. Ist dies nicht der Fall, so ist das Modell unstrukturiert. Wohlstrukturiertheit ist aufgrund einer Vielzahl von Gründen wünschenswert: (i) Wohlstrukturierte Modelle sind einfacher auszurichten, wenn sie visualisiert werden, da sie planaren Graphen entsprechen. (ii) Wohlstrukturierte Modelle zeichnen sich durch eine höhere Verständlichkeit aus. (iii) Wohlstrukturierte Modelle haben oft weniger Fehler als unstrukturierte Modelle. Auch ist die Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Änderungen größer, wenn Modelle unstrukturiert sind. (iv) Wohlstrukturierte Modelle eignen sich besser für die formale Analyse, da viele Techniken nur für wohlstrukturierte Modelle anwendbar sind. (v) Wohlstrukturierte Modelle sind eher für die effiziente Ausführung und Optimierung geeignet, z.B. wenn unabhängige Regionen eines Prozesses für die parallele Ausführung identifiziert werden. Folglich gibt es eine Reihe von Prozessmodellierungssprachen, z.B. die Business Process Execution Language (BPEL) und ADEPT, welche den Modellierer anhalten nur wohlstrukturierte Modelle zu erstellen. Solch wohlstrukturiertes Modellieren impliziert jedoch gewisse Einschränkungen: (i) Es gibt Prozesse, welche nicht mittels wohlstrukturierten Prozessmodellen dargestellt werden können. (ii) Es gibt Prozesse, für welche die wohlstrukturierte Modellierung mit einer erheblichen Vervielfältigung von Modellierungs-konstrukten einhergeht. Aus diesem Grund vertritt diese Arbeit den Standpunkt, dass ohne strukturelle Einschränkungen modelliert werden sollte, anstatt Wohlstrukturiertheit von Beginn an zu verlangen. Anschließend können, sofern gewünscht und wo immer es möglich ist, automatische Methoden Modellierungsalternativen vorschlagen, welche "besser" strukturiert sind, im Idealfall sogar wohlstrukturiert. Die vorliegende Arbeit widmet sich dem Problem der automatischen Transformation von Prozessmodellen in verhaltensäquivalente wohlstrukturierte Prozessmodelle. Die vorgestellten Transformationen erhalten ein strenges Verhaltensequivalenzkriterium, welches die Parallelität wahrt. Die Resultate sind in einem frei verfügbaren Forschungsprototyp implementiert worden.
KW  - Strukturierung
KW  - Wohlstrukturiertheit
KW  - Prozesse
KW  - Verhalten
KW  - Modellierung
KW  - Structuring
KW  - Well-structuredness
KW  - Process
KW  - Behavior
KW  - Modeling
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59024
ER  - 
TY  - THES
A1  - Makowski, Silvia
T1  - Discriminative Models for Biometric Identification using Micro- and Macro-Movements of the Eyes
N2  - Human visual perception is an active process. Eye movements either alternate between fixations and saccades or follow a smooth pursuit movement in case of moving targets. Besides these macroscopic gaze patterns, the eyes perform involuntary micro-movements during fixations which are commonly categorized into micro-saccades, drift and tremor. Eye movements are frequently studied in cognitive psychology, because they reflect a complex interplay of perception, attention and oculomotor control. 
A common insight of psychological research is that macro-movements are highly individual. Inspired by this finding, there has been a considerable amount of prior research on oculomotoric biometric identification. However, the accuracy of known approaches is too low and the time needed for identification is too long for any practical application. This thesis explores discriminative models for the task of biometric identification.
Discriminative models optimize a quality measure of the predictions and are usually superior to generative approaches in discriminative tasks. However, using discriminative models requires to select a suitable form of data representation for sequential eye gaze data; i.e., by engineering features or constructing a sequence kernel and the performance of the classification model strongly depends on the data representation. We study two fundamentally different ways of representing eye gaze within a discriminative framework. In the first part of this thesis, we explore the integration of data and psychological background knowledge in the form of generative models to construct representations. To this end, we first develop generative statistical models of gaze behavior during reading and scene viewing that account for viewer-specific distributional properties of gaze patterns. In a second step, we develop a discriminative identification model by deriving Fisher kernel functions from these and several baseline models. We find that an SVM with Fisher kernel is able to reliably identify users based on their eye gaze during reading and scene viewing. However, since the generative models are constrained to use low-frequency macro-movements, they discard a significant amount of information contained in the raw eye tracking signal at a high cost: identification requires about one minute of input recording, which makes it inapplicable for real world biometric systems. In the second part of this thesis, we study a purely data-driven modeling approach. Here, we aim at automatically discovering the individual pattern hidden in the raw eye tracking signal. To this end, we develop a deep convolutional neural network DeepEyedentification that processes yaw and pitch gaze velocities and learns a representation end-to-end. Compared to prior work, this model increases the identification accuracy by one order of magnitude and the time to identification decreases to only seconds. The DeepEyedentificationLive model further improves upon the identification performance by processing binocular input and it also detects presentation-attacks. 
We find that by learning a representation, the performance of oculomotoric identification and presentation-attack detection can be driven close to practical relevance for biometric applications. Eye tracking devices with high sampling frequency and precision are expensive and the applicability of eye movement as a biometric feature heavily depends on cost of recording devices. 
In the last part of this thesis, we therefore study the requirements on data quality by evaluating the performance of the DeepEyedentificationLive network under reduced spatial and temporal resolution. We find that the method still attains a high identification accuracy at a temporal resolution of only 250 Hz and a precision of 0.03 degrees. Reducing both does not have an additive deteriorating effect.
KW  - Machine Learning
Y1  - 2021
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Gautam, Khem Raj
A1  - Zhang, Guoqiang
A1  - Landwehr, Niels
A1  - Adolphs, Julian
T1  - Machine learning for improvement of thermal conditions inside a hybrid ventilated animal building
JF  - Computers and electronics in agriculture : COMPAG online ; an international journal
N2  - In buildings with hybrid ventilation, natural ventilation opening positions (windows), mechanical ventilation rates, heating, and cooling are manipulated to maintain desired thermal conditions. The indoor temperature is regulated solely by ventilation (natural and mechanical) when the external conditions are favorable to save external heating and cooling energy. The ventilation parameters are determined by a rule-based control scheme, which is not optimal. This study proposes a methodology to enable real-time optimum control of ventilation parameters. We developed offline prediction models to estimate future thermal conditions from the data collected from building in operation. The developed offline model is then used to find the optimal controllable ventilation parameters in real-time to minimize the setpoint deviation in the building. With the proposed methodology, the experimental building's setpoint deviation improved for 87% of time, on average, by 0.53 degrees C compared to the current deviations.
KW  - Animal building
KW  - Natural ventilation
KW  - Automatically controlled windows
KW  - Machine learning
KW  - Optimization
Y1  - 2021
U6  - https://doi.org/10.1016/j.compag.2021.106259
SN  - 0168-1699
SN  - 1872-7107
VL  - 187
PB  - Elsevier Science
CY  - Amsterdam [u.a.]
ER  -