TY - JOUR
A1 - Zieris, Holger
A1 - Gerstberger, Herbert
A1 - Müller, Wolfgang
T1 - Using Arduino-Based Experiments to Integrate Computer Science Education and Natural Science
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - Current curricular trends require teachers in Baden-
Wuerttemberg (Germany) to integrate Computer Science (CS) into
traditional subjects, such as Physical Science. However, concrete guidelines
are missing. To fill this gap, we outline an approach where a
microcontroller is used to perform and evaluate measurements in the
Physical Science classroom.
Using the open-source Arduino platform, we expect students to acquire
and develop both CS and Physical Science competencies by using a
self-programmed microcontroller. In addition to this combined development
of competencies in Physical Science and CS, the subject matter
will be embedded in suitable contexts and learning environments,
such as weather and climate.
KW - Computer Science Education
KW - Natural Science Education
KW - Inquiry-based Learning
KW - Physical Science
KW - Measurement
KW - Arduino
KW - Sensors
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82938
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 381
EP - 389
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Ziehe, Andreas
T1 - Blind source separation based on joint diagonalization of matrices with applications in biomedical signal processing
T1 - Blinde Signalquellentrennung beruhend auf simultaner Diagonalisierung von Matrizen mit Anwendungen in der biomedizinischen Signalverarbeitung
T1 - Blinde Signalquellentrennung beruhend auf simultaner Diagonalisierung von Matrizen mit Anwendungen in der biomedizinischen Signalverarbeitung
N2 - This thesis is concerned with the solution of the blind source separation problem (BSS). The BSS problem occurs frequently in various scientific and technical applications. In essence, it consists in separating meaningful underlying components out of a mixture of a multitude of superimposed signals. In the recent research literature there are two related approaches to the BSS problem: The first is known as Independent Component Analysis (ICA), where the goal is to transform the data such that the components become as independent as possible. The second is based on the notion of diagonality of certain characteristic matrices derived from the data. Here the goal is to transform the matrices such that they become as diagonal as possible. In this thesis we study the latter method of approximate joint diagonalization (AJD) to achieve a solution of the BSS problem. After an introduction to the general setting, the thesis provides an overview on particular choices for the set of target matrices that can be used for BSS by joint diagonalization. As the main contribution of the thesis, new algorithms for approximate joint diagonalization of several matrices with non-orthogonal transformations are developed. These newly developed algorithms will be tested on synthetic benchmark datasets and compared to other previous diagonalization algorithms. Applications of the BSS methods to biomedical signal processing are discussed and exemplified with real-life data sets of multi-channel biomagnetic recordings.
N2 - Diese Arbeit befasst sich mit der Lösung des Problems der blinden Signalquellentrennung (BSS). Das BSS Problem tritt häufig in vielen wissenschaftlichen und technischen Anwendungen auf. Im Kern besteht das Problem darin, aus einem Gemisch von überlagerten Signalen die zugrundeliegenden Quellsignale zu extrahieren. In wissenschaftlichen Publikationen zu diesem Thema werden hauptsächlich zwei Lösungsansätze verfolgt: Ein Ansatz ist die sogenannte "Analyse der unabhängigen Komponenten", die zum Ziel hat, eine lineare Transformation V der Daten X zu finden, sodass die Komponenten Un der transformierten Daten U = V X (die sogenannten "independent components") so unabhängig wie möglich sind. Ein anderer Ansatz beruht auf einer simultanen Diagonalisierung mehrerer spezieller Matrizen, die aus den Daten gebildet werden. Diese Möglichkeit der Lösung des Problems der blinden Signalquellentrennung bildet den Schwerpunkt dieser Arbeit. Als Hauptbeitrag der vorliegenden Arbeit präsentieren wir neue Algorithmen zur simultanen Diagonalisierung mehrerer Matrizen mit Hilfe einer nicht-orthogonalen Transformation. Die neu entwickelten Algorithmen werden anhand von numerischen Simulationen getestet und mit bereits bestehenden Diagonalisierungsalgorithmen verglichen. Es zeigt sich, dass unser neues Verfahren sehr effizient und leistungsfähig ist. Schließlich werden Anwendungen der BSS Methoden auf Probleme der biomedizinischen Signalverarbeitung erläutert und anhand von realistischen biomagnetischen Messdaten wird die Nützlichkeit in der explorativen Datenanalyse unter Beweis gestellt.
KW - Signaltrennung
KW - Mischung
KW - Diagonalisierung
KW - Bioelektrisches Signal
KW - Magnetoencephalographie
KW - Elektroencephalographie
KW - Signalquellentrennung
KW - Matrizen-Eigenwertaufgabe
KW - Simultane Diagonalisierung
KW - Optimierungsproblem
KW - blind source separation
KW - BSS
KW - ICA
KW - independent component analysis
KW - approximate joint diagonalization
KW - EEG
KW - MEG
Y1 - 2005
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5694
ER -
TY - THES
A1 - Wust, Johannes
T1 - Mixed workload managment for in-memory databases
BT - executing mixed workloads of enterprise applications with TAMEX
Y1 - 2015
ER -
TY - THES
A1 - Wist, Dominic
T1 - Attacking complexity in logic synthesis of asynchronous circuits
T1 - Komplexitätsbewältigung in der Logiksynthese asynchroner Schaltungen
N2 - Most of the microelectronic circuits fabricated today are synchronous, i.e. they are driven by one or several clock signals. Synchronous circuit design faces several fundamental challenges such as high-speed clock distribution, integration of multiple cores operating at different clock rates, reduction of power consumption and dealing with voltage, temperature, manufacturing and runtime variations. Asynchronous or clockless design plays a key role in alleviating these challenges, however the design and test of asynchronous circuits is much more difficult in comparison to their synchronous counterparts. A driving force for a widespread use of asynchronous technology is the availability of mature EDA (Electronic Design Automation) tools which provide an entire automated design flow starting from an HDL (Hardware Description Language) specification yielding the final circuit layout. Even though there was much progress in developing such EDA tools for asynchronous circuit design during the last two decades, the maturity level as well as the acceptance of them is still not comparable with tools for synchronous circuit design. In particular, logic synthesis (which implies the application of Boolean minimisation techniques) for the entire system's control path can significantly improve the efficiency of the resulting asynchronous implementation, e.g. in terms of chip area and performance. However, logic synthesis, in particular for asynchronous circuits, suffers from complexity problems. Signal Transitions Graphs (STGs) are labelled Petri nets which are a widely used to specify the interface behaviour of speed independent (SI) circuits - a robust subclass of asynchronous circuits. STG decomposition is a promising approach to tackle complexity problems like state space explosion in logic synthesis of SI circuits. The (structural) decomposition of STGs is guided by a partition of the output signals and generates a usually much smaller component STG for each partition member, i.e. a component STG with a much smaller state space than the initial specification. However, decomposition can result in component STGs that in isolation have so-called irreducible CSC conflicts (i.e. these components are not SI synthesisable anymore) even if the specification has none of them. A new approach is presented to avoid such conflicts by introducing internal communication between the components. So far, STG decompositions are guided by the finest output partitions, i.e. one output per component. However, this might not yield optimal circuit implementations. Efficient heuristics are presented to determine coarser partitions leading to improved circuits in terms of chip area. For the new algorithms correctness proofs are given and their implementations are incorporated into the decomposition tool DESIJ. The presented techniques are successfully applied to some benchmarks - including 'real-life' specifications arising in the context of control resynthesis - which delivered promising results.
N2 - Moderner Schaltungsentwurf fokussiert hauptsächlich synchrone Schaltungstechnik mit allen inhärenten Problemen. Asynchone (d.h. ungetaktete) Schaltungen zeichnen sich jedoch nicht nur durch das Fehlen der Taktversatzproblematik gegenüber ihren synchronen Pendents aus, sondern auch insbesondere durch geringeren Energieverbrauch, günstigere EMV-Eigenschaften, hohe Performance, Modularität und Robustheit gegenüber Schwankungen in der Spannungsversorgung, im Herstellungsprozess sowie Temperaturunterschieden. Diese Vorteile werden mit höherer Integration sowie höheren Taktraten signifikanter. Jedoch ist der Entwurf und auch der Test asynchroner Schaltungen erheblich schwieriger verglichen mit synchronen Schaltungen. Entwurfswerkzeuge zur Synthese asynchroner Schaltungen aus Hochsprachen-Spezifikationen sind zwar inzwischen verfügbar, sie sind jedoch noch nicht so ausgereift und bei weitem noch nicht so akzeptiert in der Industrie, wie ihre Äquivalente für den synchronen Schaltungsentwurf. Insbesondere fehlt es an Werkzeugunterstützung im Bereich der Logiksynthese komplexer Steuerungen („Controller“), welche kritisch für die Effizienz – z.B. in Bezug auf Chipfläche und Geschwindigkeit – der resultierenden Schaltungen oder Systeme ist. Zur Spezifikation von Steuerungen haben sich Signalflankengraphen („signal transition graphs“, STGs) bewährt, die auch als Entwurfseinstieg für eine Logiksynthese von SI-Schaltungen („speed independent“) verwendet werden. (SI-Schaltungen gelten als sehr robuste asynchrone Schaltungen.) Aus den STGs werden zwecks Logiksynthese Automaten abgeleitet werden, deren Zustandszahl aber oft prohibitiv groß werden kann. Durch sogenannte STG-Dekomposition wird die Logiksynthese einer komplexen Schaltung ermöglicht, was bislang aufgrund von Zustandsexplosion oft nicht möglich war. Dabei wird der Spezifikations-STG laut einer gegebenen Partition von Ausgangssignalen in viele kleinere Teilnetze dekomponiert, wobei zu jedem Partitionsblock ein Teilnetz – mit normalerweise signifikant kleinerem Zustandsraum im Vergleich zur Spezifikation – erzeugt wird. Zu jedem Teilnetz wird dann eine Teilschaltung (Komponente) mittels Logiksynthese generiert. Durch die Anwendung von STG-Dekomposition können jedoch Teilnetze erzeugt werden, die sogenannte irreduzible CSC-Konflikte aufweisen (d.h. zu diesen Teilnetzen kann keine SI-Schaltung erzeugt werden), obwohl die Spezifikation keine solchen Konflikte hatte. Diese Arbeit präsentiert einen neuen Ansatz, welcher die Entstehung solcher irreduziblen Konflikte vermeidet, und zwar durch die Einführung interner Kommunikation zwischen den (zu den Teilnetzen gehörenden) Schaltungskomponenten. Bisher werden STG-Dekompositionen total durchgeführt, d.h. pro resultierender Komponente wird ein Ausgangssignal erzeugt. Das führt gewöhnlich nicht zu optimalen Schaltungsimplementierungen. In dieser Arbeit werden Heuristiken zur Bestimmung gröberer Ausgabepartitionen (d.h. Partitionsblöcke mit mehreren Ausgangssignalen) vorgestellt, die zu kleineren Schaltungen führen. Die vorgestellten Algorithmen werden formal abgesichert und wurden in das bereits vorhandene Dekompositionswerkzeug DESIJ integriert. An praxisrelevanten Beispielen konnten die vorgestellten Verfahren erfolgreich erprobt werden.
KW - Asynchrone Schaltung
KW - Logiksynthese
KW - Komplexitätsbewältigung
KW - STG-Dekomposition
KW - CSC
KW - asynchronous circuit
KW - logic synthesis
KW - speed independence
KW - STG decomposition
KW - CSC
Y1 - 2011
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59706
ER -
TY - JOUR
A1 - Weigend, Michael
T1 - How Things Work
BT - Recognizing and Describing Functionality
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - Recognizing and defining functionality is a key competence
adopted in all kinds of programming projects. This study investigates
how far students without specific informatics training are able to identify
and verbalize functions and parameters. It presents observations
from classroom activities on functional modeling in high school chemistry
lessons with altogether 154 students. Finally it discusses the potential
of functional modelling to improve the comprehension of scientific
content.
KW - Function
KW - programming
KW - parameter
KW - competence
KW - abstraction
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82814
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 285
EP - 298
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Wegner, Christian
A1 - Zender, Raphael
A1 - Lucke, Ulrike
T1 - ProtoSense
BT - Interactive Paper Prototyping with Multi-Touch Tables
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
KW - Interface design
KW - paper prototyping
KW - NUI
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82970
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 405
EP - 407
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Webb, Mary
T1 - Considerations for the Design of Computing Curricula
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - This paper originated from discussions about the need for
important changes in the curriculum for Computing including two focus
group meetings at IFIP conferences over the last two years. The
paper examines how recent developments in curriculum, together with
insights from curriculum thinking in other subject areas, especially mathematics
and science, can inform curriculum design for Computing.
The analysis presented in the paper provides insights into the complexity
of curriculum design as well as identifying important constraints and
considerations for the ongoing development of a vision and framework
for a Computing curriculum.
KW - Curriculum
KW - Computer Science
KW - Informatics
KW - curriculum theory
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82723
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 267
EP - 283
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Wang, Long
T1 - X-tracking the usage interest on web sites
T1 - X-tracking des Nutzungsinteresses für Webseiten
N2 - The exponential expanding of the numbers of web sites and Internet users makes WWW the most important global information resource. From information publishing and electronic commerce to entertainment and social networking, the Web allows an inexpensive and efficient access to the services provided by individuals and institutions. The basic units for distributing these services are the web sites scattered throughout the world. However, the extreme fragility of web services and content, the high competence between similar services supplied by different sites, and the wide geographic distributions of the web users drive the urgent requirement from the web managers to track and understand the usage interest of their web customers. This thesis, "X-tracking the Usage Interest on Web Sites", aims to fulfill this requirement. "X" stands two meanings: one is that the usage interest differs from various web sites, and the other is that usage interest is depicted from multi aspects: internal and external, structural and conceptual, objective and subjective. "Tracking" shows that our concentration is on locating and measuring the differences and changes among usage patterns. This thesis presents the methodologies on discovering usage interest on three kinds of web sites: the public information portal site, e-learning site that provides kinds of streaming lectures and social site that supplies the public discussions on IT issues. On different sites, we concentrate on different issues related with mining usage interest. The educational information portal sites were the first implementation scenarios on discovering usage patterns and optimizing the organization of web services. In such cases, the usage patterns are modeled as frequent page sets, navigation paths, navigation structures or graphs. However, a necessary requirement is to rebuild the individual behaviors from usage history. We give a systematic study on how to rebuild individual behaviors. Besides, this thesis shows a new strategy on building content clusters based on pair browsing retrieved from usage logs. The difference between such clusters and the original web structure displays the distance between the destinations from usage side and the expectations from design side. Moreover, we study the problem on tracking the changes of usage patterns in their life cycles. The changes are described from internal side integrating conceptual and structure features, and from external side for the physical features; and described from local side measuring the difference between two time spans, and global side showing the change tendency along the life cycle. A platform, Web-Cares, is developed to discover the usage interest, to measure the difference between usage interest and site expectation and to track the changes of usage patterns. E-learning site provides the teaching materials such as slides, recorded lecture videos and exercise sheets. We focus on discovering the learning interest on streaming lectures, such as real medias, mp4 and flash clips. Compared to the information portal site, the usage on streaming lectures encapsulates the variables such as viewing time and actions during learning processes. The learning interest is discovered in the form of answering 6 questions, which covers finding the relations between pieces of lectures and the preference among different forms of lectures. We prefer on detecting the changes of learning interest on the same course from different semesters. The differences on the content and structure between two courses leverage the changes on the learning interest. We give an algorithm on measuring the difference on learning interest integrated with similarity comparison between courses. A search engine, TASK-Moniminer, is created to help the teacher query the learning interest on their streaming lectures on tele-TASK site. Social site acts as an online community attracting web users to discuss the common topics and share their interesting information. Compared to the public information portal site and e-learning web site, the rich interactions among users and web content bring the wider range of content quality, on the other hand, provide more possibilities to express and model usage interest. We propose a framework on finding and recommending high reputation articles in a social site. We observed that the reputation is classified into global and local categories; the quality of the articles having high reputation is related with the content features. Based on these observations, our framework is implemented firstly by finding the articles having global or local reputation, and secondly clustering articles based on their content relations, and then the articles are selected and recommended from each cluster based on their reputation ranks.
N2 - Wegen des exponentiellen Ansteigens der Anzahl an Internet-Nutzern und Websites ist das WWW (World Wide Web) die wichtigste globale Informationsressource geworden. Das Web bietet verschiedene Dienste (z. B. Informationsveröffentlichung, Electronic Commerce, Entertainment oder Social Networking) zum kostengünstigen und effizienten erlaubten Zugriff an, die von Einzelpersonen und Institutionen zur Verfügung gestellt werden. Um solche Dienste anzubieten, werden weltweite, vereinzelte Websites als Basiseinheiten definiert. Aber die extreme Fragilität der Web-Services und -inhalte, die hohe Kompetenz zwischen ähnlichen Diensten für verschiedene Sites bzw. die breite geographische Verteilung der Web-Nutzer treiben einen dringenden Bedarf für Web-Manager und das Verfolgen und Verstehen der Nutzungsinteresse ihrer Web-Kunden. Die Arbeit zielt darauf ab, dass die Anforderung "X-tracking the Usage Interest on Web Sites" erfüllt wird. "X" hat zwei Bedeutungen. Die erste Bedeutung ist, dass das Nutzungsinteresse von verschiedenen Websites sich unterscheidet. Außerdem stellt die zweite Bedeutung dar, dass das Nutzungsinteresse durch verschiedene Aspekte (interne und externe, strukturelle und konzeptionelle) beschrieben wird. Tracking zeigt, dass die Änderungen zwischen Nutzungsmustern festgelegt und gemessen werden. Die Arbeit eine Methodologie dar, um das Nutzungsinteresse gekoppelt an drei Arten von Websites (Public Informationsportal-Website, E-Learning-Website und Social-Website) zu finden. Wir konzentrieren uns auf unterschiedliche Themen im Bezug auf verschieden Sites, die mit Usage-Interest-Mining eng verbunden werden. Education Informationsportal-Website ist das erste Implementierungsscenario für Web-Usage-Mining. Durch das Scenario können Nutzungsmuster gefunden und die Organisation von Web-Services optimiert werden. In solchen Fällen wird das Nutzungsmuster als häufige Pagemenge, Navigation-Wege, -Strukturen oder -Graphen modelliert. Eine notwendige Voraussetzung ist jedoch, dass man individuelle Verhaltensmuster aus dem Verlauf der Nutzung (Usage History) wieder aufbauen muss. Deshalb geben wir in dieser Arbeit eine systematische Studie zum Nachempfinden der individuellen Verhaltensweisen. Außerdem zeigt die Arbeit eine neue Strategie, dass auf Page-Paaren basierten Content-Clustering aus Nutzungssite aufgebaut werden. Der Unterschied zwischen solchen Clustern und der originalen Webstruktur ist der Abstand zwischen Zielen der Nutzungssite und Erwartungen der Designsite. Darüber hinaus erforschen wir Probleme beim Tracking der Änderungen von Nutzungsmustern in ihrem Lebenszyklus. Die Änderungen werden durch mehrere Aspekte beschrieben. Für internen Aspekt werden konzeptionelle Strukturen und Funktionen integriert. Der externe Aspekt beschreibt physische Eigenschaften. Für lokalen Aspekt wird die Differenz zwischen zwei Zeitspannen gemessen. Der globale Aspekt zeigt Tendenzen der Änderung entlang des Lebenszyklus. Eine Plattform "Web-Cares" wird entwickelt, die die Nutzungsinteressen findet, Unterschiede zwischen Nutzungsinteresse und Website messen bzw. die Änderungen von Nutzungsmustern verfolgen kann. E-Learning-Websites bieten Lernmaterialien wie z.B. Folien, erfaßte Video-Vorlesungen und Übungsblätter an. Wir konzentrieren uns auf die Erfoschung des Lerninteresses auf Streaming-Vorlesungen z.B. Real-Media, mp4 und Flash-Clips. Im Vergleich zum Informationsportal Website kapselt die Nutzung auf Streaming-Vorlesungen die Variablen wie Schauzeit und Schautätigkeiten während der Lernprozesse. Das Lerninteresse wird erfasst, wenn wir Antworten zu sechs Fragen gehandelt haben. Diese Fragen umfassen verschiedene Themen, wie Erforschung der Relation zwischen Teilen von Lehrveranstaltungen oder die Präferenz zwischen den verschiedenen Formen der Lehrveranstaltungen. Wir bevorzugen die Aufdeckung der Veränderungen des Lerninteresses anhand der gleichen Kurse aus verschiedenen Semestern. Der Differenz auf den Inhalt und die Struktur zwischen zwei Kurse beeinflusst die Änderungen auf das Lerninteresse. Ein Algorithmus misst die Differenz des Lerninteresses im Bezug auf einen Ähnlichkeitsvergleich zwischen den Kursen. Die Suchmaschine „Task-Moniminer“ wird entwickelt, dass die Lehrkräfte das Lerninteresse für ihre Streaming-Vorlesungen über das Videoportal tele-TASK abrufen können. Social Websites dienen als eine Online-Community, in den teilnehmenden Web-Benutzern die gemeinsamen Themen diskutieren und ihre interessanten Informationen miteinander teilen. Im Vergleich zur Public Informationsportal-Website und E-Learning Website bietet diese Art von Website reichhaltige Interaktionen zwischen Benutzern und Inhalten an, die die breitere Auswahl der inhaltlichen Qualität bringen. Allerdings bietet eine Social-Website mehr Möglichkeiten zur Modellierung des Nutzungsinteresses an. Wir schlagen ein Rahmensystem vor, die hohe Reputation für Artikel in eine Social-Website empfiehlt. Unsere Beobachtungen sind, dass die Reputation in globalen und lokalen Kategorien klassifiziert wird. Außerdem wird die Qualität von Artikeln mit hoher Reputation mit den Content-Funktionen in Zusammenhang stehen. Durch die folgenden Schritte wird das Rahmensystem im Bezug auf die Überwachungen implementiert. Der erste Schritt ist, dass man die Artikel mit globalen oder lokalen Reputation findet. Danach werden Artikel im Bezug auf ihre Content-Relationen in jeder Kategorie gesammelt. Zum Schluß werden die ausgewählten Artikel aus jedem basierend auf ihren Reputation-Ranking Cluster empfohlen.
KW - Tracking
KW - Nutzungsinteresse
KW - Webseite
KW - Tracking
KW - Usage Interest
KW - Web Sites
Y1 - 2011
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-51077
ER -
TY - JOUR
A1 - Vierheller, Janine
ED - Lambrecht, Anna-Lena
ED - Margaria, Tiziana
T1 - Exploratory Data Analysis
JF - Process Design for Natural Scientists: an agile model-driven approach
N2 - In bioinformatics the term exploratory data analysis refers to different methods to get an overview of large biological data sets. Hence, it helps to create a framework for further analysis and hypothesis testing. The workflow facilitates this first important step of the data analysis created by high-throughput technologies. The results are different plots showing the structure of the measurements. The goal of the workflow is the automatization of the exploratory data analysis, but also the flexibility should be guaranteed. The basic tool is the free software R.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
SN - 1865-0929
IS - 500
SP - 110
EP - 126
PB - Axel Springer Verlag
CY - Berlin
ER -
TY - THES
A1 - Videla, Santiago
T1 - Reasoning on the response of logical signaling networks with answer set programming
T1 - Modellierung Logischer Signalnetzwerke mittels Antwortmengenprogrammierung
N2 - Deciphering the functioning of biological networks is one of the central tasks in systems biology. In particular, signal transduction networks are crucial for the understanding of the cellular response to external and internal perturbations. Importantly, in order to cope with the complexity of these networks, mathematical and computational modeling is required. We propose a computational modeling framework in order to achieve more robust discoveries in the context of logical signaling networks. More precisely, we focus on modeling the response of logical signaling networks by means of automated reasoning using Answer Set Programming (ASP). ASP provides a declarative language for modeling various knowledge representation and reasoning problems. Moreover, available ASP solvers provide several reasoning modes for assessing the multitude of answer sets. Therefore, leveraging its rich modeling language and its highly efficient solving capacities, we use ASP to address three challenging problems in the context of logical signaling networks: learning of (Boolean) logical networks, experimental design, and identification of intervention strategies. Overall, the contribution of this thesis is three-fold. Firstly, we introduce a mathematical framework for characterizing and reasoning on the response of logical signaling networks. Secondly, we contribute to a growing list of successful applications of ASP in systems biology. Thirdly, we present a software providing a complete pipeline for automated reasoning on the response of logical signaling networks.
N2 - Deciphering the functioning of biological networks is one of the central tasks in systems biology. In particular, signal transduction networks are crucial for the understanding of the cellular response to external and internal perturbations. Importantly, in order to cope with the complexity of these networks, mathematical and computational modeling is required. We propose a computational modeling framework in order to achieve more robust discoveries in the context of logical signaling networks. More precisely, we focus on modeling the response of logical signaling networks by means of automated reasoning using Answer Set Programming (ASP). ASP provides a declarative language for modeling various knowledge representation and reasoning problems. Moreover, available ASP solvers provide several reasoning modes for assessing the multitude of answer sets. Therefore, leveraging its rich modeling language and its highly efficient solving capacities, we use ASP to address three challenging problems in the context of logical signaling networks: learning of (Boolean) logical networks, experimental design, and identification of intervention strategies. Overall, the contribution of this thesis is three-fold. Firstly, we introduce a mathematical framework for characterizing and reasoning on the response of logical signaling networks. Secondly, we contribute to a growing list of successful applications of ASP in systems biology. Thirdly, we present a software providing a complete pipeline for automated reasoning on the response of logical signaling networks.
KW - Systembiologie
KW - logische Signalnetzwerke
KW - Antwortmengenprogrammierung
KW - systems biology
KW - logical signaling networks
KW - answer set programming
Y1 - 2014
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71890
ER -
TY - THES
A1 - Trapp, Matthias
T1 - Analysis and exploration of virtual 3D city models using 3D information lenses
N2 - This thesis addresses real-time rendering techniques for 3D information lenses based on the focus & context metaphor. It analyzes, conceives, implements, and reviews its applicability to objects and structures of virtual 3D city models. In contrast to digital terrain models, the application of focus & context visualization to virtual 3D city models is barely researched. However, the purposeful visualization of contextual data of is extreme importance for the interactive exploration and analysis of this field. Programmable hardware enables the implementation of new lens techniques, that allow the augmentation of the perceptive and cognitive quality of the visualization compared to classical perspective projections. A set of 3D information lenses is integrated into a 3D scene-graph system: • Occlusion lenses modify the appearance of virtual 3D city model objects to resolve their occlusion and consequently facilitate the navigation. • Best-view lenses display city model objects in a priority-based manner and mediate their meta information. Thus, they support exploration and navigation of virtual 3D city models. • Color and deformation lenses modify the appearance and geometry of 3D city models to facilitate their perception. The presented techniques for 3D information lenses and their application to virtual 3D city models clarify their potential for interactive visualization and form a base for further development.
N2 - Diese Diplomarbeit behandelt echtzeitfähige Renderingverfahren für 3D Informationslinsen, die auf der Fokus-&-Kontext-Metapher basieren. Im folgenden werden ihre Anwendbarkeit auf Objekte und Strukturen von virtuellen 3D-Stadtmodellen analysiert, konzipiert, implementiert und bewertet. Die Focus-&-Kontext-Visualisierung für virtuelle 3D-Stadtmodelle ist im Gegensatz zum Anwendungsbereich der 3D Geländemodelle kaum untersucht. Hier jedoch ist eine gezielte Visualisierung von kontextbezogenen Daten zu Objekten von großer Bedeutung für die interaktive Exploration und Analyse. Programmierbare Computerhardware erlaubt die Umsetzung neuer Linsen-Techniken, welche die Steigerung der perzeptorischen und kognitiven Qualität der Visualisierung im Vergleich zu klassischen perspektivischen Projektionen zum Ziel hat. Für eine Auswahl von 3D-Informationslinsen wird die Integration in ein 3D-Szenengraph-System durchgeführt: • Verdeckungslinsen modifizieren die Gestaltung von virtuellen 3D-Stadtmodell- Objekten, um deren Verdeckungen aufzulösen und somit die Navigation zu erleichtern. • Best-View Linsen zeigen Stadtmodell-Objekte in einer prioritätsdefinierten Weise und vermitteln Meta-Informationen virtueller 3D-Stadtmodelle. Sie unterstützen dadurch deren Exploration und Navigation. • Farb- und Deformationslinsen modifizieren die Gestaltung und die Geometrie von 3D-Stadtmodell-Bereichen, um deren Wahrnehmung zu steigern. Die in dieser Arbeit präsentierten Techniken für 3D Informationslinsen und die Anwendung auf virtuelle 3D Stadt-Modelle verdeutlichen deren Potenzial in der interaktiven Visualisierung und bilden eine Basis für Weiterentwicklungen.
KW - Virtuelles 3D Stadtmodell
KW - 3D Linsen
KW - Shader
KW - Echtzeitanwendung
KW - virtual 3D city model
KW - 3D lenses
KW - shader
KW - real-time application
Y1 - 2007
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-13930
ER -
TY - THES
A1 - Trapp, Matthias
T1 - Interactive rendering techniques for focus+context visualization of 3D geovirtual environments
T1 - Interaktive Rendering-Techniken für die Fokus-&-Kontext-Visualisierung von geovirtuellen 3D-Umgebungen
N2 - This thesis introduces a collection of new real-time rendering techniques and applications for focus+context visualization of interactive 3D geovirtual environments such as virtual 3D city and landscape models. These environments are generally characterized by a large number of objects and are of high complexity with respect to geometry and textures. For these reasons, their interactive 3D rendering represents a major challenge. Their 3D depiction implies a number of weaknesses such as occlusions, cluttered image contents, and partial screen-space usage. To overcome these limitations and, thus, to facilitate the effective communication of geo-information, principles of focus+context visualization can be used for the design of real-time 3D rendering techniques for 3D geovirtual environments (see Figure). In general, detailed views of a 3D geovirtual environment are combined seamlessly with abstracted views of the context within a single image. To perform the real-time image synthesis required for interactive visualization, dedicated parallel processors (GPUs) for rasterization of computer graphics primitives are used. For this purpose, the design and implementation of appropriate data structures and rendering pipelines are necessary. The contribution of this work comprises the following five real-time rendering methods: • The rendering technique for 3D generalization lenses enables the combination of different 3D city geometries (e.g., generalized versions of a 3D city model) in a single image in real time. The method is based on a generalized and fragment-precise clipping approach, which uses a compressible, raster-based data structure. It enables the combination of detailed views in the focus area with the representation of abstracted variants in the context area. • The rendering technique for the interactive visualization of dynamic raster data in 3D geovirtual environments facilitates the rendering of 2D surface lenses. It enables a flexible combination of different raster layers (e.g., aerial images or videos) using projective texturing for decoupling image and geometry data. Thus, various overlapping and nested 2D surface lenses of different contents can be visualized interactively. • The interactive rendering technique for image-based deformation of 3D geovirtual environments enables the real-time image synthesis of non-planar projections, such as cylindrical and spherical projections, as well as multi-focal 3D fisheye-lenses and the combination of planar and non-planar projections. • The rendering technique for view-dependent multi-perspective views of 3D geovirtual environments, based on the application of global deformations to the 3D scene geometry, can be used for synthesizing interactive panorama maps to combine detailed views close to the camera (focus) with abstract views in the background (context). This approach reduces occlusions, increases the usage the available screen space, and reduces the overload of image contents. • The object-based and image-based rendering techniques for highlighting objects and focus areas inside and outside the view frustum facilitate preattentive perception. The concepts and implementations of interactive image synthesis for focus+context visualization and their selected applications enable a more effective communication of spatial information, and provide building blocks for design and development of new applications and systems in the field of 3D geovirtual environments.
N2 - Die Darstellung immer komplexerer raumbezogener Information durch Geovisualisierung stellt die existierenden Technologien und den Menschen ständig vor neue Herausforderungen. In dieser Arbeit werden fünf neue, echtzeitfähige Renderingverfahren und darauf basierende Anwendungen für die Fokus-&-Kontext-Visualisierung von interaktiven geovirtuellen 3D-Umgebungen – wie virtuelle 3D-Stadt- und Landschaftsmodelle – vorgestellt. Die große Menge verschiedener darzustellender raumbezogener Information in 3D-Umgebungen führt oft zu einer hohen Anzahl unterschiedlicher Objekte und somit zu einer hohen Geometrie- und Texturkomplexität. In der Folge verlieren 3D-Darstellungen durch Verdeckungen, überladene Bildinhalte und eine geringe Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bildraumes an Informationswert. Um diese Beschränkungen zu kompensieren und somit die Kommunikation raumbezogener Information zu verbessern, kann das Prinzip der Fokus-&-Kontext-Visualisierung angewendet werden. Hierbei wird die für den Nutzer wesentliche Information als detaillierte Ansicht im Fokus mit abstrahierter Kontextinformation nahtlos miteinander kombiniert. Um das für die interaktive Visualisierung notwendige Echtzeit-Rendering durchzuführen, können spezialisierte Parallelprozessoren für die Rasterisierung von computergraphischen Primitiven (GPUs) verwendet werden. Dazu ist die Konzeption und Implementierung von geeigneten Datenstrukturen und Rendering-Pipelines notwendig. Der Beitrag dieser Arbeit umfasst die folgenden fünf Renderingverfahren. • Das Renderingverfahren für interaktive 3D-Generalisierungslinsen: Hierbei wird die Kombination unterschiedlicher 3D-Szenengeometrien, z. B. generalisierte Varianten eines 3DStadtmodells, in einem Bild ermöglicht. Das Verfahren basiert auf einem generalisierten Clipping-Ansatz, der es erlaubt, unter Verwendung einer komprimierbaren, rasterbasierten Datenstruktur beliebige Bereiche einer 3D-Szene freizustellen bzw. zu kappen. Somit lässt sich eine Kombination von detaillierten Ansichten im Fokusbereich mit der Darstellung einer abstrahierten Variante im Kontextbereich implementieren. • Das Renderingverfahren zur Visualisierung von dynamischen Raster-Daten in geovirtuellen 3D-Umgebungen zur Darstellung von 2D-Oberflächenlinsen: Die Verwendung von projektiven Texturen zur Entkoppelung von Bild- und Geometriedaten ermöglicht eine flexible Kombination verschiedener Rasterebenen (z.B. Luftbilder oder Videos). Somit können verschiedene überlappende sowie verschachtelte 2D-Oberflächenlinsen mit unterschiedlichen Dateninhalten interaktiv visualisiert werden. • Das Renderingverfahren zur bildbasierten Deformation von geovirtuellen 3D-Umgebungen: Neben der interaktiven Bildsynthese von nicht-planaren Projektionen, wie beispielsweise zylindrischen oder sphärischen Panoramen, lassen sich mit diesem Verfahren multifokale 3D-Fischaugen-Linsen erzeugen sowie planare und nicht-planare Projektionen miteinander kombinieren. • Das Renderingverfahren für die Generierung von sichtabhängigen multiperspektivischen Ansichten von geovirtuellen 3D-Umgebungen: Das Verfahren basiert auf globalen Deformationen der 3D-Szenengeometrie und kann zur Erstellung von interaktiven 3D-Panoramakarten verwendet werden, welche beispielsweise detaillierte Absichten nahe der virtuellen Kamera (Fokus) mit abstrakten Ansichten im Hintergrund (Kontext) kombinieren. Dieser Ansatz reduziert Verdeckungen, nutzt den zur Verfügung stehenden Bildraum in verbesserter Weise aus und reduziert das Überladen von Bildinhalten. • Objekt-und bildbasierte Renderingverfahren für die Hervorhebung von Fokus-Objekten und Fokus-Bereichen innerhalb und außerhalb des sichtbaren Bildausschnitts, um die präattentive Wahrnehmung eines Benutzers besser zu unterstützen. Die in dieser Arbeit vorgestellten Konzepte, Entwürfe und Implementierungen von interaktiven Renderingverfahren zur Fokus-&-Kontext-Visualisierung sowie deren ausgewählte Anwendungen ermöglichen eine effektivere Kommunikation raumbezogener Information und repräsentieren softwaretechnische Bausteine für die Entwicklung neuer Anwendungen und Systeme im Bereich der geovirtuellen 3D-Umgebungen.
KW - 3D Computer Grafik
KW - Interaktives Rendering
KW - Fokus-&-Kontext Visualisierung
KW - 3D Computer Graphics
KW - Interactive Rendering
KW - Focus+Context Visualization
Y1 - 2013
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-66824
ER -
TY - THES
A1 - Tiwari, Abhishek
T1 - Enhancing Users’ Privacy: Static Resolution of the Dynamic Properties of Android
N2 - The usage of mobile devices is rapidly growing with Android being the most prevalent mobile operating system. Thanks to the vast variety of mobile applications, users are preferring smartphones over desktops for day to day tasks like Internet surfing. Consequently, smartphones store a plenitude of sensitive data. This data together with the high values of smartphones make them an attractive target for device/data theft (thieves/malicious applications).
Unfortunately, state-of-the-art anti-theft solutions do not work if they do not have an active network connection, e.g., if the SIM card was removed from the device. In the majority of these cases, device owners permanently lose their smartphone together with their personal data, which is even worse.
Apart from that malevolent applications perform malicious activities to steal sensitive information from smartphones. Recent research considered static program analysis to detect dangerous data leaks. These analyses work well for data leaks due to inter-component communication, but suffer from shortcomings for inter-app communication with respect to precision, soundness, and scalability.
This thesis focuses on enhancing users' privacy on Android against physical device loss/theft and (un)intentional data leaks. It presents three novel frameworks: (1) ThiefTrap, an anti-theft framework for Android, (2) IIFA, a modular inter-app intent information flow analysis of Android applications, and (3) PIAnalyzer, a precise approach for PendingIntent vulnerability analysis.
ThiefTrap is based on a novel concept of an anti-theft honeypot account that protects the owner's data while preventing a thief from resetting the device.
We implemented the proposed scheme and evaluated it through an empirical user study with 35 participants. In this study, the owner's data could be protected, recovered, and anti-theft functionality could be performed unnoticed from the thief in all cases.
IIFA proposes a novel approach for Android's inter-component/inter-app communication (ICC/IAC) analysis. Our main contribution is the first fully automatic, sound, and precise ICC/IAC information flow analysis that is scalable for realistic apps due to modularity, avoiding combinatorial explosion: Our approach determines communicating apps using short summaries rather than inlining intent calls between components and apps, which requires simultaneously analyzing all apps installed on a device.
We evaluate IIFA in terms of precision, recall, and demonstrate its scalability to a large corpus of real-world apps. IIFA reports 62 problematic ICC-/IAC-related information flows via two or more apps/components.
PIAnalyzer proposes a novel approach to analyze PendingIntent related vulnerabilities. PendingIntents are a powerful and universal feature of Android for inter-component communication. We empirically evaluate PIAnalyzer on a set of 1000 randomly selected applications and find 1358 insecure usages of PendingIntents, including 70 severe vulnerabilities.
N2 - Die Nutzung von mobilen Geräten nimmt rasant zu, wobei Android das häufigste mobile Betriebssystem ist. Dank der Vielzahl an mobilen Anwendungen bevorzugen Benutzer Smartphones gegenüber Desktops für alltägliche Aufgaben wie das Surfen im Internet. Folglich speichern Smartphones eine Vielzahl sensibler Daten. Diese Daten zusammen mit den hohen Werten von Smartphones machen sie zu einem attraktiven Ziel für Geräte/Datendiebstahl (Diebe/bösartige Anwendungen).
Leider funktionieren moderne Diebstahlsicherungslösungen nicht, wenn sie keine aktive Netzwerkverbindung haben, z. B. wenn die SIM-Karte aus dem Gerät entnommen wurde. In den meisten Fällen verlieren Gerätebesitzer ihr Smartphone dauerhaft zusammen mit ihren persönlichen Daten, was noch schlimmer ist.
Abgesehen davon gibt es bösartige Anwendungen, die schädliche Aktivitäten ausführen, um vertrauliche Informationen von Smartphones zu stehlen. Kürzlich durchgeführte Untersuchungen berücksichtigten die statische Programmanalyse zur Erkennung gefährlicher Datenlecks. Diese Analysen eignen sich gut für Datenlecks aufgrund der Kommunikation zwischen Komponenten, weisen jedoch hinsichtlich der Präzision, Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit Nachteile für die Kommunikation zwischen Apps auf.
Diese Dissertation konzentriert sich auf die Verbesserung der Privatsphäre der Benutzer auf Android gegen Verlust/Diebstahl von physischen Geräten und (un)vorsätzlichen Datenverlust. Es werden drei neuartige Frameworks vorgestellt: (1) ThiefTrap, ein Anti-Diebstahl-Framework für Android, (2) IIFA, eine modulare Inter-App Analyse des Informationsflusses von Android Anwendungen, und (3) PIAnalyzer, ein präziser Ansatz für PendingIntent Schwachstellenanalyse.
ThiefTrap basiert auf einem neuartigen Konzept eines Diebstahlschutzkontos, das die Daten des Besitzers schützt und verhindert, dass ein Dieb das Gerät zurücksetzt. Wir haben das vorgeschlagene Schema implementiert und durch eine empirische Anwenderstudie mit 35 Teilnehmern ausgewertet. In dieser Studie könnten die Daten des Besitzers geschützt und wiederhergestellt werden, und die Diebstahlsicherungsfunktion konnte in jedem Fall unbemerkt vom Dieb ausgeführt werden.
IIFA schlägt einen neuen Ansatz für die Analyse von Komponenten zwischen Komponenten/ Inter-App Kommunikation (ICC/IAC) von Android vor. Unser Hauptbeitrag ist die erste vollautomatische, solide und präzise ICC/IAC Informationsflussanalyse, die aufgrund ihrer Modularität für realistische Apps skalierbar ist und eine kombinatorische Explosion vermeidet: Unser Ansatz bestimmt, dass Apps über kurze Zusammenfassungen kommuniziert werden, anstatt Absichtsaufrufe zwischen Komponenten zu verwenden und Apps, bei denen gleichzeitig alle auf einem Gerät installierten Apps analysiert werden müssen. Wir bewerten IIFA in Bezug auf Präzision, Rückruf und demonstrieren seine Skalierbarkeit für einen großen Korpus realer Apps. IIFA meldet 62 problematische ICC- / IAC-bezogene Informationsflüsse über zwei oder mehr Apps / Komponenten.
PIAnalyzer schlägt einen neuen Ansatz vor, um Schwachstellen im Zusammenhang mit PendingIntent zu analysieren. PendingIntents nutzen eine leistungsstarke und universelle Funktion von Android für die Kommunikation zwischen Komponenten. Wir evaluieren PIAnalyzer empirisch an einem Satz von 1000 zufällig ausgewählten Anwendungen und finden 1358 unsichere Verwendungen von PendingIntents, einschließlich 70 schwerwiegender Schwachstellen.
KW - Android Security
KW - Static Analysis
KW - Privacy Protection
Y1 - 2019
ER -
TY - THES
A1 - Thiele, Sven
T1 - Modeling biological systems with Answer Set Programming
T1 - Modellierung biologischer Systeme mit Answer Set Programming
N2 - Biology has made great progress in identifying and measuring the building blocks of life. The availability of high-throughput methods in molecular biology has dramatically accelerated the growth of biological knowledge for various organisms. The advancements in genomic, proteomic and metabolomic technologies allow for constructing complex models of biological systems. An increasing number of biological repositories is available on the web, incorporating thousands of biochemical reactions and genetic regulations. Systems Biology is a recent research trend in life science, which fosters a systemic view on biology. In Systems Biology one is interested in integrating the knowledge from all these different sources into models that capture the interaction of these entities. By studying these models one wants to understand the emerging properties of the whole system, such as robustness. However, both measurements as well as biological networks are prone to considerable incompleteness, heterogeneity and mutual inconsistency, which makes it highly non-trivial to draw biologically meaningful conclusions in an automated way. Therefore, we want to promote Answer Set Programming (ASP) as a tool for discrete modeling in Systems Biology. ASP is a declarative problem solving paradigm, in which a problem is encoded as a logic program such that its answer sets represent solutions to the problem. ASP has intrinsic features to cope with incompleteness, offers a rich modeling language and highly efficient solving technology. We present ASP solutions, for the analysis of genetic regulatory networks, determining consistency with observed measurements and identifying minimal causes for inconsistency. We extend this approach for computing minimal repairs on model and data that restore consistency. This method allows for predicting unobserved data even in case of inconsistency. Further, we present an ASP approach to metabolic network expansion. This approach exploits the easy characterization of reachability in ASP and its various reasoning methods, to explore the biosynthetic capabilities of metabolic reaction networks and generate hypotheses for extending the network. Finally, we present the BioASP library, a Python library which encapsulates our ASP solutions into the imperative programming paradigm. The library allows for an easy integration of ASP solution into system rich environments, as they exist in Systems Biology.
N2 - In den letzten Jahren wurden große Fortschritte bei der Identifikation und Messung der Bausteine des Lebens gemacht. Die Verfügbarkeit von Hochdurchsatzverfahren in der Molekularbiology hat das Anwachsen unseres biologischen Wissens dramatisch beschleunigt. Durch die technische Fortschritte in Genomic, Proteomic und Metabolomic wurde die Konstruktion komplexer Modelle biologischer Systeme ermöglicht. Immer mehr biologische Datenbanken sind über das Internet verfügbar, sie enthalten tausende Daten biochemischer Reaktionen und genetischer Regulation. System Biologie ist ein junger Forschungszweig der Biologie, der versucht Biologische Systeme in ihrer Ganzheit zu erforschen. Dabei ist man daran interessiert möglichst viel Wissen aus den unterschiedlichsten Bereichen in ein Modell zu aggregieren, welches das Zusammenwirken der verschiedensten Komponenten nachbildet. Durch das Studium derartiger Modelle erhofft man sich ein Verständnis der aufbauenden Eigenschaften, wie zum Beispiel Robustheit, des Systems zu erlangen. Es stellt sich jedoch die Problematik, das sowohl die biologischen Modelle als auch die verfügbaren Messwerte, oft unvollständig, miteinander unvereinbar oder fehlerhaft sind. All dies macht es schwierig biologisch sinnvolle Schlussfolgerungen zu ziehen. Daher, möchten wir in dieser Arbeit Antwortmengen Programmierung (engl. Answer Set Programming; ASP) als Werkzeug zur diskreten Modellierung system biologischer Probleme vorschlagen. ASP verfügt über eingebaute Eigenschaften zum Umgang mit unvollständiger Information, eine reichhaltige Modellierungssprache und hocheffiziente Berechnungstechniken. Wir präsentieren ASP Lösungen zur Analyse von Netzwerken genetischer Regulierungen, zur Prüfung der Konsistenz mit gemessene Daten, und zur Identifikation von Gründen für Inkonsistenz. Diesen Ansatz erweitern wir um die Möglichkeit zur Berechnung minimaler Reparaturen an Modell und Daten, welche Konsistenz erzeugen. Mithilfe dieser Methode werden wir in die Lage versetzt, auch im Fall von Inkonsistenz, noch ungemessene Daten vorherzusagen. Weiterhin, präsentieren wir einen ASP Ansatz zur Analyse metabolischer Netzwerke. Bei diesem Ansatz, nutzen wir zum einen aus das sich Erreichbarkeit mit ASP leicht spezifizieren lässt und das ASP mehrere mächtige Methoden zur Schlussfolgerung bereitstellt, welche sich auch kombiniert lassen. Dadurch wird es möglich die Synthese Möglichkeiten eines Metabolischen Netzwerks zu erforschen und Hypothesen für Erweiterungen des metabolischen Netzwerks zu berechnen. Zu guter Letzt, präsentieren wir die BioASP Softwarebibliothek. Die BioASP-Bibliothek kapselt unsere ASP Lösungen in das imperative Programmierparadigma und vereinfacht eine Integration von ASP Lösungen in heterogene Betriebsumgebungen, wie sie in der System Biologie vorherrschen.
KW - Antwortmengen Programmierung
KW - System Biologie
KW - Inkonsistenz
KW - Unvollständigkeit
KW - Reparatur
KW - answer set programming
KW - systems biology
KW - inconsistency
KW - incompleteness
KW - repair
Y1 - 2011
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59383
ER -
TY - JOUR
A1 - Teske, Daniel
T1 - Geocoder accuracy ranking
JF - Process design for natural scientists: an agile model-driven approach
N2 - Finding an address on a map is sometimes tricky: the chosen map application may be unfamiliar with the enclosed region. There are several geocoders on the market, they have different databases and algorithms to compute the query. Consequently, the geocoding results differ in their quality. Fortunately the geocoders provide a rich set of metadata. The workflow described in this paper compares this metadata with the aim to find out which geocoder is offering the best-fitting coordinate for a given address.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
SN - 1865-0929
IS - 500
SP - 161
EP - 174
PB - Springer
CY - Berlin
ER -
TY - JOUR
A1 - Tavakoli, Hamad
A1 - Alirezazadeh, Pendar
A1 - Hedayatipour, Ava
A1 - Nasib, A. H. Banijamali
A1 - Landwehr, Niels
T1 - Leaf image-based classification of some common bean cultivars using discriminative convolutional neural networks
JF - Computers and electronics in agriculture : COMPAG online ; an international journal
N2 - In recent years, many efforts have been made to apply image processing techniques for plant leaf identification. However, categorizing leaf images at the cultivar/variety level, because of the very low inter-class variability, is still a challenging task. In this research, we propose an automatic discriminative method based on convolutional neural networks (CNNs) for classifying 12 different cultivars of common beans that belong to three various species. We show that employing advanced loss functions, such as Additive Angular Margin Loss and Large Margin Cosine Loss, instead of the standard softmax loss function for the classification can yield better discrimination between classes and thereby mitigate the problem of low inter-class variability. The method was evaluated by classifying species (level I), cultivars from the same species (level II), and cultivars from different species (level III), based on images from the leaf foreside and backside. The results indicate that the performance of the classification algorithm on the leaf backside image dataset is superior. The maximum mean classification accuracies of 95.86, 91.37 and 86.87% were obtained at the levels I, II and III, respectively. The proposed method outperforms the previous relevant works and provides a reliable approach for plant cultivars identification.
KW - Bean
KW - Plant identification
KW - Digital image analysis
KW - VGG16
KW - Loss
KW - functions
Y1 - 2021
U6 - https://doi.org/10.1016/j.compag.2020.105935
SN - 0168-1699
SN - 1872-7107
VL - 181
PB - Elsevier
CY - Amsterdam [u.a.]
ER -
TY - JOUR
A1 - Sysło, Maciej M.
A1 - Kwiatkowska, Anna Beata
T1 - Think logarithmically!
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - We discuss here a number of algorithmic topics which we
use in our teaching and in learning of mathematics and informatics to
illustrate and document the power of logarithm in designing very efficient
algorithms and computations – logarithmic thinking is one of the
most important key competencies for solving real world practical problems.
We demonstrate also how to introduce logarithm independently
of mathematical formalism using a conceptual model for reducing a
problem size by at least half. It is quite surprising that the idea, which
leads to logarithm, is present in Euclid’s algorithm described almost
2000 years before John Napier invented logarithm.
KW - Logarithm
KW - binary search
KW - binary representation
KW - exponentiation
KW - Euclid’s algorithm
KW - Fibonacci numbers
KW - divide and conquer
KW - complexity
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82923
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 371
EP - 380
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Steinert, Fritjof
A1 - Stabernack, Benno
T1 - Architecture of a low latency H.264/AVC video codec for robust ML based image classification how region of interests can minimize the impact of coding artifacts
JF - Journal of Signal Processing Systems for Signal, Image, and Video Technology
N2 - The use of neural networks is considered as the state of the art in the field of image classification. A large number of different networks are available for this purpose, which, appropriately trained, permit a high level of classification accuracy. Typically, these networks are applied to uncompressed image data, since a corresponding training was also carried out using image data of similar high quality. However, if image data contains image errors, the classification accuracy deteriorates drastically. This applies in particular to coding artifacts which occur due to image and video compression. Typical application scenarios for video compression are narrowband transmission channels for which video coding is required but a subsequent classification is to be carried out on the receiver side. In this paper we present a special H.264/Advanced Video Codec (AVC) based video codec that allows certain regions of a picture to be coded with near constant picture quality in order to allow a reliable classification using neural networks, whereas the remaining image will be coded using constant bit rate. We have combined this feature with the ability to run with lowest latency properties, which is usually also required in remote control applications scenarios. The codec has been implemented as a fully hardwired High Definition video capable hardware architecture which is suitable for Field Programmable Gate Arrays.
KW - H.264
KW - Advanced Video Codec (AVC)
KW - Low Latency
KW - Region of Interest
KW - Machine Learning
KW - Inference
KW - FPGA
KW - Hardware accelerator
Y1 - 2022
U6 - https://doi.org/10.1007/s11265-021-01727-2
SN - 1939-8018
SN - 1939-8115
VL - 94
IS - 7
SP - 693
EP - 708
PB - Springer
CY - New York
ER -
TY - THES
A1 - Smirnov, Sergey
T1 - Business process model abstraction
T1 - Abstraktion von Geschäftsprozessmodellen
N2 - Business process models are used within a range of organizational initiatives, where every stakeholder has a unique perspective on a process and demands the respective model. As a consequence, multiple process models capturing the very same business process coexist. Keeping such models in sync is a challenge within an ever changing business environment: once a process is changed, all its models have to be updated. Due to a large number of models and their complex relations, model maintenance becomes error-prone and expensive. Against this background, business process model abstraction emerged as an operation reducing the number of stored process models and facilitating model management. Business process model abstraction is an operation preserving essential process properties and leaving out insignificant details in order to retain information relevant for a particular purpose. Process model abstraction has been addressed by several researchers. The focus of their studies has been on particular use cases and model transformations supporting these use cases. This thesis systematically approaches the problem of business process model abstraction shaping the outcome into a framework. We investigate the current industry demand in abstraction summarizing it in a catalog of business process model abstraction use cases. The thesis focuses on one prominent use case where the user demands a model with coarse-grained activities and overall process ordering constraints. We develop model transformations that support this use case starting with the transformations based on process model structure analysis. Further, abstraction methods considering the semantics of process model elements are investigated. First, we suggest how semantically related activities can be discovered in process models-a barely researched challenge. The thesis validates the designed abstraction methods against sets of industrial process models and discusses the method implementation aspects. Second, we develop a novel model transformation, which combined with the related activity discovery allows flexible non-hierarchical abstraction. In this way this thesis advocates novel model transformations that facilitate business process model management and provides the foundations for innovative tool support.
N2 - Geschäftsprozessmodelle werden in einer Fülle organisatorischer Initiativen eingesetzt, wobei verschiedene Stakeholder individuelle Ansprüche an die Sicht auf den jeweiligen Prozess haben. Dies führt dazu, dass zu einem Geschäftsprozess eine Vielzahl unterschiedlicher Modelle existiert. In einer sich ständig verändernden Geschäftsumgebung ist es daher schwierig, diese Vielzahl von Modellen konsistent zu halten: Ändert sich sich ein Prozess, müssen alle Modelle, die ihn beschreiben, aktualisiert werden. Aufgrund der schieren Menge an Prozessmodellen und ihrer komplexen Beziehungen zueinander, erhöhen sich Aufwand und Kosten zur Pflege aller Modelle enorm. Vor diesem Hintergrund ermöglicht die Abstraktion von Geschäftsprozessmodellen, die Menge der Modelle zu reduzieren und damit ihre Verwaltung zu vereinfachen. Abstraktion von Geschäftsprozessmodellen bezeichnet eine Transformation eines Prozessmodells, so dass es für einen bestimmten Zweck besonders geeignet ist. Bei der Abstraktion von Geschäftsprozessen bleiben essentielle Eigenschaften eines Modells erhalten, während irrelevante Eigenschaften verworfen werden. Mehrere Studien stellen Prozessmodellabstraktion in den Fokus und konzentrieren sich auf konkrete Anwendungsfälle, für die sie geeignete Transformationen entwickelt haben. Diese Dissertation untersucht das Problem der Prozessmodellabstraktion und systematisiert die Lösung in einem Framework. Aktuelle Anforderungen der Industrie an die Abstraktion von Prozessmodellen wurden recherchiert und in einem Katalog von Anwendungsfällen zusammengefasst, von denen ein besonderer für die weiteren Untersuchungen ausgewählt wurde. In diesem Fall erwartet der Nutzer ein Modell niedrigeren Detailgrades, in welchem die Kontrollflussbeziehungen des Ursprungsmodells erhalten bleiben. Beginnend bei Modelltransformationen, die auf der Analyse der Prozessmodellstruktur aufbauen, entwickeln wir neuartige Abstraktionsoperationen zur Unterstützung dieses Anwendungsfalles. Darüber hinaus untersuchen wir Abstraktionsmethoden, welche die Semantik von Prozessmodellelementen berücksichtigen. Zum einen zeigen wir, wie Aktivitäten ermittelt werden können, die miteinander in semantischer Beziehung stehen - ein Problem, das bisher nur unzureichend betrachtet wurde. Die vorgeschlagenen Methoden werden mithilfe industrieller Prozessmodellsammlungen validiert und deren Umsetzung diskutiert. Zum anderen schlagen wir eine innovative Modelltransformation zur nicht-hierarchischen Abstraktion von Prozessmodellen vor. Dieser liegt die Ermittlung in Beziehung stehender Aktivitäten zugrunde. Demzufolge präsentiert diese Arbeit eine originäre Methode zur Prozessmodellabstraktion, die die Verwaltung von Geschäftsprozessmodellen vereinfacht und den Grundstein für innovative Softwarewerkzeuge legt.
KW - Abstraktion
KW - Prozess
KW - Modell
KW - Transformation
KW - Komplexität
KW - abstraction
KW - process
KW - model
KW - transformation
KW - complexity
Y1 - 2011
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-60258
ER -
TY - JOUR
A1 - Sens, Henriette
T1 - Web-Based map generalization tools put to the test: a jABC workflow
JF - Process Design for Natural Scientists: an agile model-driven approach
N2 - Geometric generalization is a fundamental concept in the digital mapping process. An increasing amount of spatial data is provided on the web as well as a range of tools to process it. This jABC workflow is used for the automatic testing of web-based generalization services like mapshaper.org by executing its functionality, overlaying both datasets before and after the transformation and displaying them visually in a .tif file. Mostly Web Services and command line tools are used to build an environment where ESRI shapefiles can be uploaded, processed through a chosen generalization service and finally visualized in Irfanview.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
SN - 1865-0929
IS - 500
SP - 175
EP - 185
PB - Springer
CY - Berlin
ER -
TY - THES
A1 - Semmo, Amir
T1 - Design and implementation of non-photorealistic rendering techniques for 3D geospatial data
T1 - Design und Implementierung von nichtfotorealistischen Rendering-Techniken für 3D-Geodaten
N2 - Geospatial data has become a natural part of a growing number of information systems and services in the economy, society, and people's personal lives. In particular, virtual 3D city and landscape models constitute valuable information sources within a wide variety of applications such as urban planning, navigation, tourist information, and disaster management. Today, these models are often visualized in detail to provide realistic imagery. However, a photorealistic rendering does not automatically lead to high image quality, with respect to an effective information transfer, which requires important or prioritized information to be interactively highlighted in a context-dependent manner.
Approaches in non-photorealistic renderings particularly consider a user's task and camera perspective when attempting optimal expression, recognition, and communication of important or prioritized information. However, the design and implementation of non-photorealistic rendering techniques for 3D geospatial data pose a number of challenges, especially when inherently complex geometry, appearance, and thematic data must be processed interactively. Hence, a promising technical foundation is established by the programmable and parallel computing architecture of graphics processing units.
This thesis proposes non-photorealistic rendering techniques that enable both the computation and selection of the abstraction level of 3D geospatial model contents according to user interaction and dynamically changing thematic information. To achieve this goal, the techniques integrate with hardware-accelerated rendering pipelines using shader technologies of graphics processing units for real-time image synthesis. The techniques employ principles of artistic rendering, cartographic generalization, and 3D semiotics—unlike photorealistic rendering—to synthesize illustrative renditions of geospatial feature type entities such as water surfaces, buildings, and infrastructure networks. In addition, this thesis contributes a generic system that enables to integrate different graphic styles—photorealistic and non-photorealistic—and provide their seamless transition according to user tasks, camera view, and image resolution.
Evaluations of the proposed techniques have demonstrated their significance to the field of geospatial information visualization including topics such as spatial perception, cognition, and mapping. In addition, the applications in illustrative and focus+context visualization have reflected their potential impact on optimizing the information transfer regarding factors such as cognitive load, integration of non-realistic information, visualization of uncertainty, and visualization on small displays.
N2 - Geodaten haben sich zu einem natürlichen Bestandteil in einer steigenden Zahl von Informationssystemen und -diensten in der Wirtschaft, Gesellschaft und im Privatleben entwickelt. Virtuelle 3D-Stadt- und Landschaftsmodelle stellen hierbei insbesondere wertvolle Informationsquellen in einer Vielzahl von Anwendungen dar, wie z. B. in der Stadtplanung, Navigation, Touristeninformation und im Katastrophenschutz. Heutzutage werden diese Modelle oftmals detailliert dargestellt, um ein möglichst realistisches Bild zu vermitteln. Jedoch führt eine fotorealistische Darstellung, hinsichtlich einem effektiven Informationstransfer zum Betrachter, nicht zwangsläufig zu einer hohen Bildqualität, welche eine interaktive und kontextsensitive Hervorhebung von wichtigen oder priorisierten Informationen erfordert.
Ansätze in der nichtfotorealistischen Bildsynthese berücksichtigen insbesondere die Aufgabe eines Nutzers und Kameraperspektive, um Aspekte der Expressivität, Wahrnehmung und Kommunikation von wichtigen oder priorisierten Informationen zu optimieren. Das Design und die Umsetzung von Techniken der nichtfotorealistischen Bildsynthese für 3D-Geodaten sind jedoch mit einer Vielzahl von Herausforderungen konfrontiert, besonders dann, wenn die Geometrie, das Erscheinungsbild und thematische Daten interaktiv verarbeitet werden müssen. Infolgedessen stellt die programmierbare Architektur und parallelisierte Datenverarbeitung von Grafik-prozessoren eine vielversprechende technische Grundlage zur Verfügung.
Diese Arbeit präsentiert Techniken der nichtfotorealistischen Bildsynthese, die den Abstraktionsgrad von Inhalten raumbezogener 3D-Modelle, entsprechend der Nutzerinteraktion und dynamisch-veränderbaren thematischen Informationen, berechnet und auswählt. Hierzu sind die vorgestellten Techniken in die hardwarebeschleunigte Rendering-Pipeline integriert, unter Verwendung der Shader-Technologie von Grafikprozessoren, um eine Echtzeit-Bildsynthese zu gewährleisten. Dabei werden Prinzipien der künstlerischen Darstellung, Aspekte der kartographischen Generalisierung sowie 3D Semiotik verwendet—im Gegensatz zur fotorealistischen Bildsynthese—um illustrative Darstellungen von raumbezogenen Feature-Typ-Entitäten zu synthetisieren, z. B. von Wasserflächen, Gebäuden und Infrastrukturnetzen. Darüber hinaus stellt diese Arbeit ein generisches System vor, welches die Integration verschiedener Grafikstile—fotorealistisch und nichtfotorealistisch—und ihren nahtlosen Übergang, entsprechend von Nutzeraufgaben, Kameraansichten und Bildauflösungen, ermöglicht.
Evaluierungen der in dieser Arbeit vorgestellten Techniken haben ihre Bedeutung im Bereich der Informationsvisualisierung von raumbezogenen Daten aufgezeigt, einschließlich Themengebiete der räumlichen Wahrnehmung, Kognition und Kartierung. Darüber hinaus haben Anwendungen im Bereich der illustrativen Visualisierung und Fokus-&-Kontext Visualisierung den potentiellen Einfluss dieser Techniken, in Bezug auf die Optimierung des Informationstransfers zum Nutzer, demonstriert, z. B. hinsichtlich der kognitiven Last, der Integration nichtrealistischer Informationen, der Visualisierung von Unsicherheiten und der Visualisierung auf kleinen Bildschirmen.
KW - non-photorealistic rendering
KW - geospatial data
KW - 3D visualization
KW - GPU
KW - image processing
KW - stylization
KW - 3D semiotics
KW - cartographic design
KW - Nichtfotorealistische Bildsynthese
KW - Geodaten
KW - 3D Visualisierung
KW - GPU
KW - Bildverarbeitung
KW - Stilisierung
KW - 3D Semiotik
KW - Kartografisches Design
Y1 - 2016
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-99525
ER -
TY - THES
A1 - Seibel, Andreas
T1 - Traceability and model management with executable and dynamic hierarchical megamodels
T1 - Traceability und Modell Management mit ausführbaren und dynamischen Megamodellen
N2 - Nowadays, model-driven engineering (MDE) promises to ease software development by decreasing the inherent complexity of classical software development. In order to deliver on this promise, MDE increases the level of abstraction and automation, through a consideration of domain-specific models (DSMs) and model operations (e.g. model transformations or code generations). DSMs conform to domain-specific modeling languages (DSMLs), which increase the level of abstraction, and model operations are first-class entities of software development because they increase the level of automation. Nevertheless, MDE has to deal with at least two new dimensions of complexity, which are basically caused by the increased linguistic and technological heterogeneity. The first dimension of complexity is setting up an MDE environment, an activity comprised of the implementation or selection of DSMLs and model operations. Setting up an MDE environment is both time-consuming and error-prone because of the implementation or adaptation of model operations. The second dimension of complexity is concerned with applying MDE for actual software development. Applying MDE is challenging because a collection of DSMs, which conform to potentially heterogeneous DSMLs, are required to completely specify a complex software system. A single DSML can only be used to describe a specific aspect of a software system at a certain level of abstraction and from a certain perspective. Additionally, DSMs are usually not independent but instead have inherent interdependencies, reflecting (partial) similar aspects of a software system at different levels of abstraction or from different perspectives. A subset of these dependencies are applications of various model operations, which are necessary to keep the degree of automation high. This becomes even worse when addressing the first dimension of complexity. Due to continuous changes, all kinds of dependencies, including the applications of model operations, must also be managed continuously. This comprises maintaining the existence of these dependencies and the appropriate (re-)application of model operations. The contribution of this thesis is an approach that combines traceability and model management to address the aforementioned challenges of configuring and applying MDE for software development. The approach is considered as a traceability approach because it supports capturing and automatically maintaining dependencies between DSMs. The approach is considered as a model management approach because it supports managing the automated (re-)application of heterogeneous model operations. In addition, the approach is considered as a comprehensive model management. Since the decomposition of model operations is encouraged to alleviate the first dimension of complexity, the subsequent composition of model operations is required to counteract their fragmentation. A significant portion of this thesis concerns itself with providing a method for the specification of decoupled yet still highly cohesive complex compositions of heterogeneous model operations. The approach supports two different kinds of compositions - data-flow compositions and context compositions. Data-flow composition is used to define a network of heterogeneous model operations coupled by sharing input and output DSMs alone. Context composition is related to a concept used in declarative model transformation approaches to compose individual model transformation rules (units) at any level of detail. In this thesis, context composition provides the ability to use a collection of dependencies as context for the composition of other dependencies, including model operations. In addition, the actual implementation of model operations, which are going to be composed, do not need to implement any composition concerns. The approach is realized by means of a formalism called an executable and dynamic hierarchical megamodel, based on the original idea of megamodels. This formalism supports specifying compositions of dependencies (traceability and model operations). On top of this formalism, traceability is realized by means of a localization concept, and model management by means of an execution concept.
N2 - Die modellgetriebene Softwareentwicklung (MDE) verspricht heutzutage, durch das Verringern der inhärenten Komplexität der klassischen Softwareentwicklung, das Entwickeln von Software zu vereinfachen. Um dies zu erreichen, erhöht MDE das Abstraktions- und Automationsniveau durch die Einbindung domänenspezifischer Modelle (DSMs) und Modelloperationen (z.B. Modelltransformationen oder Codegenerierungen). DSMs sind konform zu domänenspezifischen Modellierungssprachen (DSMLs), die dazu dienen das Abstraktionsniveau der Softwareentwicklung zu erhöhen. Modelloperationen sind essentiell für die Softwareentwicklung da diese den Grad der Automatisierung erhöhen. Dennoch muss MDE mit Komplexitätsdimensionen umgehen die sich grundsätzlich aus der erhöhten sprachlichen und technologischen Heterogenität ergeben. Die erste Komplexitätsdimension ist das Konfigurieren einer Umgebung für MDE. Diese Aktivität setzt sich aus der Implementierung und Selektion von DSMLs sowie Modelloperationen zusammen. Eine solche Aktivität ist gerade durch die Implementierung und Anpassung von Modelloperationen zeitintensiv sowie fehleranfällig. Die zweite Komplexitätsdimension hängt mit der Anwendung von MDE für die eigentliche Softwareentwicklung zusammen. Das Anwenden von MDE ist eine Herausforderung weil eine Menge von heterogenen DSMs, die unterschiedlichen DSMLs unterliegen, erforderlich sind um ein komplexes Softwaresystem zu spezifizieren. Individuelle DSMLs werden verwendet um spezifische Aspekte eines Softwaresystems auf bestimmten Abstraktionsniveaus und aus bestimmten Perspektiven zu beschreiben. Hinzu kommt, dass DSMs sowie DSMLs grundsätzlich nicht unabhängig sind, sondern inhärente Abhängigkeiten besitzen. Diese Abhängigkeiten reflektieren äquivalente Aspekte eines Softwaresystems. Eine Teilmenge dieser Abhängigkeiten reflektieren Anwendungen diverser Modelloperationen, die notwendig sind um den Grad der Automatisierung hoch zu halten. Dies wird erschwert wenn man die erste Komplexitätsdimension hinzuzieht. Aufgrund kontinuierlicher Änderungen der DSMs, müssen alle Arten von Abhängigkeiten, inklusive die Anwendung von Modelloperationen, kontinuierlich verwaltet werden. Dies beinhaltet die Wartung dieser Abhängigkeiten und das sachgerechte (wiederholte) Anwenden von Modelloperationen. Der Beitrag dieser Arbeit ist ein Ansatz, der die Bereiche Traceability und Model Management vereint. Das Erfassen und die automatische Verwaltung von Abhängigkeiten zwischen DSMs unterstützt Traceability, während das (automatische) wiederholte Anwenden von heterogenen Modelloperationen Model Management ermöglicht. Dadurch werden die zuvor erwähnten Herausforderungen der Konfiguration und Anwendung von MDE überwunden. Die negativen Auswirkungen der ersten Komplexitätsdimension können gelindert werden indem Modelloperationen in atomare Einheiten zerlegt werden. Um der implizierten Fragmentierung entgegenzuwirken, erfordert dies allerdings eine nachfolgende Komposition der Modelloperationen. Der Ansatz wird als erweitertes Model Management betrachtet, da ein signifikanter Anteil dieser Arbeit die Kompositionen von heterogenen Modelloperationen behandelt. Unterstützt werden zwei unterschiedliche Arten von Kompositionen. Datenfluss-Kompositionen werden verwendet, um Netzwerke von heterogenen Modelloperationen zu beschreiben, die nur durch das Teilen von Ein- und Ausgabe DSMs komponiert werden. Kontext-Kompositionen bedienen sich eines Konzepts, das von deklarativen Modelltransformationen bekannt ist. Dies ermöglicht die Komposition von unabhängigen Transformationsregeln auf unterschiedlichsten Detailebenen. Die in dieser Arbeit eingeführten Kontext-Kompositionen bieten die Möglichkeit eine Menge von unterschiedlichsten Abhängigkeiten als Kontext für eine Komposition zu verwenden -- unabhängig davon ob diese Abhängigkeit eine Modelloperation repräsentiert. Zusätzlich müssen die Modelloperationen, die komponiert werden, selber keine Kompositionsaspekte implementieren, was deren Wiederverwendbarkeit erhöht. Realisiert wird dieser Ansatz durch einen Formalismus der Executable and Dynamic Hierarchical Megamodel genannt wird und auf der originalen Idee der Megamodelle basiert. Auf Basis dieses Formalismus' sind die Konzepte Traceability (hier Localization) und Model Management (hier Execution) umgesetzt.
KW - Traceability
KW - Modell Management
KW - Megamodell
KW - Modellgetriebene Entwicklung
KW - Komposition
KW - Traceability
KW - Model Management
KW - Megamodel
KW - Model-Driven Engineering
KW - Composition
Y1 - 2012
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64222
ER -
TY - JOUR
A1 - Schütt, Christine
T1 - Identification of differentially expressed genes
JF - Process design for natural scientists: an agile model-driven approach
N2 - With the jABC it is possible to realize workflows for numerous questions in different fields. The goal of this project was to create a workflow for the identification of differentially expressed genes. This is of special interest in biology, for it gives the opportunity to get a better insight in cellular changes due to exogenous stress, diseases and so on. With the knowledge that can be derived from the differentially expressed genes in diseased tissues, it becomes possible to find new targets for treatment.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
SN - 1865-0929
IS - 500
SP - 127
EP - 139
PB - Springer
CY - Berlin
ER -
TY - JOUR
A1 - Schulze, Gunnar
T1 - Workflow for rapid metagenome analysis
JF - Process design for natural scientists: an agile model-driven approach
N2 - Analyses of metagenomes in life sciences present new opportunities as well as challenges to the scientific community and call for advanced computational methods and workflows. The large amount of data collected from samples via next-generation sequencing (NGS) technologies render manual approaches to sequence comparison and annotation unsuitable. Rather, fast and efficient computational pipelines are needed to provide comprehensive statistics and summaries and enable the researcher to choose appropriate tools for more specific analyses. The workflow presented here builds upon previous pipelines designed for automated clustering and annotation of raw sequence reads obtained from next-generation sequencing technologies such as 454 and Illumina. Employing specialized algorithms, the sequence reads are processed at three different levels. First, raw reads are clustered at high similarity cutoff to yield clusters which can be exported as multifasta files for further analyses. Independently, open reading frames (ORFs) are predicted from raw reads and clustered at two strictness levels to yield sets of non-redundant sequences and ORF families. Furthermore, single ORFs are annotated by performing searches against the Pfam database
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
SN - 1865-0929
IS - 500
SP - 88
EP - 100
PB - Springer
CY - Berlin
ER -
TY - THES
A1 - Scholz, Matthias
T1 - Approaches to analyse and interpret biological profile data
T1 - Methoden zur Analyse und Interpretation biologischer Profildaten
N2 - Advances in biotechnologies rapidly increase the number of molecules of a cell which can be observed simultaneously. This includes expression levels of thousands or ten-thousands of genes as well as concentration levels of metabolites or proteins. Such Profile data, observed at different times or at different experimental conditions (e.g., heat or dry stress), show how the biological experiment is reflected on the molecular level. This information is helpful to understand the molecular behaviour and to identify molecules or combination of molecules that characterise specific biological condition (e.g., disease). This work shows the potentials of component extraction algorithms to identify the major factors which influenced the observed data. This can be the expected experimental factors such as the time or temperature as well as unexpected factors such as technical artefacts or even unknown biological behaviour. Extracting components means to reduce the very high-dimensional data to a small set of new variables termed components. Each component is a combination of all original variables. The classical approach for that purpose is the principal component analysis (PCA). It is shown that, in contrast to PCA which maximises the variance only, modern approaches such as independent component analysis (ICA) are more suitable for analysing molecular data. The condition of independence between components of ICA fits more naturally our assumption of individual (independent) factors which influence the data. This higher potential of ICA is demonstrated by a crossing experiment of the model plant Arabidopsis thaliana (Thale Cress). The experimental factors could be well identified and, in addition, ICA could even detect a technical artefact. However, in continuously observations such as in time experiments, the data show, in general, a nonlinear distribution. To analyse such nonlinear data, a nonlinear extension of PCA is used. This nonlinear PCA (NLPCA) is based on a neural network algorithm. The algorithm is adapted to be applicable to incomplete molecular data sets. Thus, it provides also the ability to estimate the missing data. The potential of nonlinear PCA to identify nonlinear factors is demonstrated by a cold stress experiment of Arabidopsis thaliana. The results of component analysis can be used to build a molecular network model. Since it includes functional dependencies it is termed functional network. Applied to the cold stress data, it is shown that functional networks are appropriate to visualise biological processes and thereby reveals molecular dynamics.
N2 - Fortschritte in der Biotechnologie ermöglichen es, eine immer größere Anzahl von Molekülen in einer Zelle gleichzeitig zu erfassen. Das betrifft sowohl die Expressionswerte tausender oder zehntausender Gene als auch die Konzentrationswerte von Metaboliten oder Proteinen. Diese Profildaten verschiedener Zeitpunkte oder unterschiedlicher experimenteller Bedingungen (z.B. unter Stressbedingungen wie Hitze oder Trockenheit) zeigen, wie sich das biologische Experiment auf molekularer Ebene widerspiegelt. Diese Information kann genutzt werden, um molekulare Abläufe besser zu verstehen und um Moleküle oder Molekül-Kombinationen zu bestimmen, die für bestimmte biologische Zustände (z.B.: Krankheit) charakteristisch sind. Die Arbeit zeigt die Möglichkeiten von Komponenten-Extraktions-Algorithmen zur Bestimmung der wesentlichen Faktoren, die einen Einfluss auf die beobachteten Daten ausübten. Das können sowohl die erwarteten experimentellen Faktoren wie Zeit oder Temperatur sein als auch unerwartete Faktoren wie technische Einflüsse oder sogar unerwartete biologische Vorgänge. Unter der Extraktion von Komponenten versteht man die Reduzierung dieser stark hoch-dimensionalen Daten auf wenige neue Variablen, die eine Kombination aus allen ursprünglichen Variablen darstellen und als Komponenten bezeichnet werden. Die Standard-Methode für diesen Zweck ist die Hauptkomponentenanalyse (PCA). Es wird gezeigt, dass - im Vergleich zur nur die Varianz maximierenden PCA - moderne Methoden wie die Unabhängige Komponentenanalyse (ICA) für die Analyse molekularer Datensätze besser geeignet sind. Die Unabhängigkeit von Komponenten in der ICA entspricht viel besser unserer Annahme individueller (unabhängiger) Faktoren, die einen Einfluss auf die Daten ausüben. Dieser Vorteil der ICA wird anhand eines Kreuzungsexperiments mit der Modell-Pflanze Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) demonstriert. Die experimentellen Faktoren konnten dabei gut identifiziert werden und ICA erkannte sogar zusätzlich einen technischen Störfaktor. Bei kontinuierlichen Beobachtungen wie in Zeitexperimenten zeigen die Daten jedoch häufig eine nichtlineare Verteilung. Für die Analyse dieser nichtlinearen Daten wird eine nichtlinear erweiterte Methode der PCA angewandt. Diese nichtlineare PCA (NLPCA) basiert auf einem neuronalen Netzwerk-Algorithmus. Der Algorithmus wurde für die Anwendung auf unvollständigen molekularen Daten erweitert. Dies ermöglicht es, die fehlenden Werte zu schätzen. Die Fähigkeit der nichtlinearen PCA zur Bestimmung nichtlinearer Faktoren wird anhand eines Kältestress-Experiments mit Arabidopsis thaliana demonstriert. Die Ergebnisse aus der Komponentenanalyse können zur Erstellung molekularer Netzwerk-Modelle genutzt werden. Da sie funktionelle Abhängigkeiten berücksichtigen, werden sie als Funktionale Netzwerke bezeichnet. Anhand der Kältestress-Daten wird demonstriert, dass solche funktionalen Netzwerke geeignet sind, biologische Prozesse zu visualisieren und dadurch die molekularen Dynamiken aufzuzeigen.
KW - Bioinformatik
KW - Hauptkomponentenanalyse
KW - Unabhängige Komponentenanalyse
KW - Neuronales Netz
KW - Maschinelles Lernen
KW - Fehlende Daten
KW - Ackerschmalwand
KW - nichtlineare PCA (NLPCA)
KW - molekulare Netzwerke
KW - nonlinear PCA (NLPCA)
KW - molecular networks
Y1 - 2006
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7839
ER -
TY - THES
A1 - Schneider, Jan Niklas
T1 - Computational approaches for emotion research
T1 - Computergestützte Methoden für die Emotionsforschung
N2 - Emotionen sind ein zentrales Element menschlichen Erlebens und spielen eine wichtige Rolle bei der Entscheidungsfindung. Diese Dissertation identifiziert drei methodische Probleme der aktuellen Emotionsforschung und zeigt auf, wie diese mittels computergestützter Methoden gelöst werden können. Dieser Ansatz wird in drei Forschungsprojekten demonstriert, die die Entwicklung solcher Methoden sowie deren Anwendung auf konkrete Forschungsfragen beschreiben.
Das erste Projekt beschreibt ein Paradigma welches es ermöglicht, die subjektive und objektive Schwierigkeit der Emotionswahrnehmung zu messen. Darüber hinaus ermöglicht es die Verwendung einer beliebigen Anzahl von Emotionskategorien im Vergleich zu den üblichen sechs Kategorien der Basisemotionen. Die Ergebnisse deuten auf eine Zunahme der Schwierigkeiten bei der Wahrnehmung von Emotionen mit zunehmendem Alter der Darsteller hin und liefern Hinweise darauf, dass junge Erwachsene, ältere Menschen und Männer ihre Schwierigkeit bei der Wahrnehmung von Emotionen unterschätzen. Weitere Analysen zeigten eine geringe Relevanz personenbezogener Variablen und deuteten darauf hin, dass die Schwierigkeit der Emotionswahrnehmung vornehmlich durch die Ausprägung der Wertigkeit des Ausdrucks bestimmt wird.
Das zweite Projekt zeigt am Beispiel von Arousal, einem etablierten, aber vagen Konstrukt der Emotionsforschung, wie Face-Tracking-Daten dazu genutzt werden können solche Konstrukte zu schärfen. Es beschreibt, wie aus Face-Tracking-Daten Maße für die Entfernung, Geschwindigkeit und Beschleunigung von Gesichtsausdrücken berechnet werden können. Das Projekt untersuchte wie diesen Maße mit der Arousal-Wahrnehmung in Menschen mit und ohne Autismus zusammenhängen. Der Abstand zum Neutralgesicht war prädiktiv für die Arousal-Bewertungen in beiden Gruppen. Die Ergebnisse deuten auf eine qualitativ ähnliche Wahrnehmung von Arousal für Menschen mit und ohne Autismus hin.
Im dritten Projekt stellen wir die Partial-Least-Squares-Analyse als allgemeine Methode vor, um eine optimale Repräsentation zur Verknüpfung zweier hochdimensionale Datensätze zu finden. Das Projekt demonstriert die Anwendbarkeit dieser Methode in der Emotionsforschung anhand der Frage nach Unterschieden in der Emotionswahrnehmung zwischen Männern und Frauen. Wir konnten zeigen, dass die emotionale Wahrnehmung von Frauen systematisch mehr Varianz der Gesichtsausdrücke erfasst und dass signifikante Unterschiede in der Art und Weise bestehen, wie Frauen und Männer einige Gesichtsausdrücke wahrnehmen. Diese konnten wir als dynamische Gesichtsausdrücke visualisieren. Um die Anwendung der entwickelten Methode für die Forschungsgemeinschaft zu erleichtern, wurde ein Software-Paket für die Statistikumgebung R geschrieben. Zudem wurde eine Website entwickelt (thisemotiondoesnotexist.com), die es Besuchern erlaubt, ein Partial-Least-Squares-Modell von Emotionsbewertungen und Face-Tracking-Daten interaktiv zu erkunden, um die entwickelte Methode zu verbreiten und ihren Nutzen für die Emotionsforschung zu illustrieren.
N2 - Emotions are a central element of human experience. They occur with high frequency in everyday life and play an important role in decision making. However, currently there is no consensus among researchers on what constitutes an emotion and on how emotions should be investigated. This dissertation identifies three problems of current emotion research: the problem of ground truth, the problem of incomplete constructs and the problem of optimal representation. I argue for a focus on the detailed measurement of emotion manifestations with computer-aided methods to solve these problems. This approach is demonstrated in three research projects, which describe the development of methods specific to these problems as well as their application to concrete research questions.
The problem of ground truth describes the practice to presuppose a certain structure of emotions as the a priori ground truth. This determines the range of emotion descriptions and sets a standard for the correct assignment of these descriptions. The first project illustrates how this problem can be circumvented with a multidimensional emotion perception paradigm which stands in contrast to the emotion recognition paradigm typically employed in emotion research. This paradigm allows to calculate an objective difficulty measure and to collect subjective difficulty ratings for the perception of emotional stimuli. Moreover, it enables the use of an arbitrary number of emotion stimuli categories as compared to the commonly used six basic emotion categories. Accordingly, we collected data from 441 participants using dynamic facial expression stimuli from 40 emotion categories. Our findings suggest an increase in emotion perception difficulty with increasing actor age and provide evidence to suggest that young adults, the elderly and men underestimate their emotion perception difficulty. While these effects were predicted from the literature, we also found unexpected and novel results. In particular, the increased difficulty on the objective difficulty measure for female actors and observers stood in contrast to reported findings. Exploratory analyses revealed low relevance of person-specific variables for the prediction of emotion perception difficulty, but highlighted the importance of a general pleasure dimension for the ease of emotion perception.
The second project targets the problem of incomplete constructs which relates to vaguely defined psychological constructs on emotion with insufficient ties to tangible manifestations. The project exemplifies how a modern data collection method such as face tracking data can be used to sharpen these constructs on the example of arousal, a long-standing but fuzzy construct in emotion research. It describes how measures of distance, speed and magnitude of acceleration can be computed from face tracking data and investigates their intercorrelations. We find moderate to strong correlations among all measures of static information on one hand and all measures of dynamic information on the other. The project then investigates how self-rated arousal is tied to these measures in 401 neurotypical individuals and 19 individuals with autism. Distance to the neutral face was predictive of arousal ratings in both groups. Lower mean arousal ratings were found for the autistic group, but no difference in correlation of the measures and arousal ratings could be found between groups. Results were replicated in a high autistic traits group consisting of 41 participants. The findings suggest a qualitatively similar perception of arousal for individuals with and without autism. No correlations between valence ratings and any of the measures could be found which emphasizes the specificity of our tested measures for the construct of arousal.
The problem of optimal representation refers to the search for the best representation of emotions and the assumption that there is a one-fits-all solution. In the third project we introduce partial least squares analysis as a general method to find an optimal representation to relate two high-dimensional data sets to each other. The project demonstrates its applicability to emotion research on the question of emotion perception differences between men and women. The method was used with emotion rating data from 441 participants and face tracking data computed on 306 videos. We found quantitative as well as qualitative differences in the perception of emotional facial expressions between these groups. We showed that women’s emotional perception systematically captured more of the variance in facial expressions. Additionally, we could show that significant differences exist in the way that women and men perceive some facial expressions which could be visualized as concrete facial expression sequences. These expressions suggest differing perceptions of masked and ambiguous facial expressions between the sexes. In order to facilitate use of the developed method by the research community, a package for the statistical environment R was written. Furthermore, to call attention to the method and its usefulness for emotion research, a website was designed that allows users to explore a model of emotion ratings and facial expression data in an interactive fashion.
KW - facial expression
KW - emotion
KW - perception
KW - face tracking
KW - perception differences
KW - emotion representation
KW - Gesichtsausdruck
KW - Emotionen
KW - Wahrnehmung
KW - Wahrnehmungsunterschiede
KW - computational methods
KW - emotion research
KW - computergestützte Methoden
KW - Emotionsforschung
KW - arousal perception
KW - objective difficulty
KW - Wahrnehmung von Arousal
KW - Objektive Schwierigkeit
Y1 - 2019
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-459275
ER -
TY - THES
A1 - Schindler, Sven
T1 - Honeypot Architectures for IPv6 Networks
Y1 - 2016
ER -
TY - JOUR
A1 - Schiller, Thomas
T1 - Teaching Information Security (as Part of Key Competencies)
BT - The Situation in Austria
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - The poster and abstract describe the importance of teaching
information security in school. After a short description of information
security and important aspects, I will show, how information security
fits into different guidelines or models for computer science educations
and that it is therefore on of the key competencies. Afterwards I will
present you a rough insight of teaching information security in Austria.
KW - Teaching information security
KW - key competencies
KW - computer science education
KW - Austria
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82960
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 401
EP - 404
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Scheffler, Thomas
T1 - Privacy enforcement with data owner-defined policies
T1 - Schutz privater Daten durch besitzer-definierte Richtlinien
N2 - This thesis proposes a privacy protection framework for the controlled distribution and use of personal private data. The framework is based on the idea that privacy policies can be set directly by the data owner and can be automatically enforced against the data user. Data privacy continues to be a very important topic, as our dependency on electronic communication maintains its current growth, and private data is shared between multiple devices, users and locations. The growing amount and the ubiquitous availability of personal private data increases the likelihood of data misuse. Early privacy protection techniques, such as anonymous email and payment systems have focused on data avoidance and anonymous use of services. They did not take into account that data sharing cannot be avoided when people participate in electronic communication scenarios that involve social interactions. This leads to a situation where data is shared widely and uncontrollably and in most cases the data owner has no control over further distribution and use of personal private data. Previous efforts to integrate privacy awareness into data processing workflows have focused on the extension of existing access control frameworks with privacy aware functions or have analysed specific individual problems such as the expressiveness of policy languages. So far, very few implementations of integrated privacy protection mechanisms exist and can be studied to prove their effectiveness for privacy protection. Second level issues that stem from practical application of the implemented mechanisms, such as usability, life-time data management and changes in trustworthiness have received very little attention so far, mainly because they require actual implementations to be studied. Most existing privacy protection schemes silently assume that it is the privilege of the data user to define the contract under which personal private data is released. Such an approach simplifies policy management and policy enforcement for the data user, but leaves the data owner with a binary decision to submit or withhold his or her personal data based on the provided policy. We wanted to empower the data owner to express his or her privacy preferences through privacy policies that follow the so-called Owner-Retained Access Control (ORAC) model. ORAC has been proposed by McCollum, et al. as an alternate access control mechanism that leaves the authority over access decisions by the originator of the data. The data owner is given control over the release policy for his or her personal data, and he or she can set permissions or restrictions according to individually perceived trust values. Such a policy needs to be expressed in a coherent way and must allow the deterministic policy evaluation by different entities. The privacy policy also needs to be communicated from the data owner to the data user, so that it can be enforced. Data and policy are stored together as a Protected Data Object that follows the Sticky Policy paradigm as defined by Mont, et al. and others. We developed a unique policy combination approach that takes usability aspects for the creation and maintenance of policies into consideration. Our privacy policy consists of three parts: A Default Policy provides basic privacy protection if no specific rules have been entered by the data owner. An Owner Policy part allows the customisation of the default policy by the data owner. And a so-called Safety Policy guarantees that the data owner cannot specify disadvantageous policies, which, for example, exclude him or her from further access to the private data. The combined evaluation of these three policy-parts yields the necessary access decision. The automatic enforcement of privacy policies in our protection framework is supported by a reference monitor implementation. We started our work with the development of a client-side protection mechanism that allows the enforcement of data-use restrictions after private data has been released to the data user. The client-side enforcement component for data-use policies is based on a modified Java Security Framework. Privacy policies are translated into corresponding Java permissions that can be automatically enforced by the Java Security Manager. When we later extended our work to implement server-side protection mechanisms, we found several drawbacks for the privacy enforcement through the Java Security Framework. We solved this problem by extending our reference monitor design to use Aspect-Oriented Programming (AOP) and the Java Reflection API to intercept data accesses in existing applications and provide a way to enforce data owner-defined privacy policies for business applications.
N2 - Im Rahmen der Dissertation wurde ein Framework für die Durchsetzung von Richtlinien zum Schutz privater Daten geschaffen, welches darauf setzt, dass diese Richtlinien oder Policies direkt von den Eigentümern der Daten erstellt werden und automatisiert durchsetzbar sind. Der Schutz privater Daten ist ein sehr wichtiges Thema im Bereich der elektronischen Kommunikation, welches durch die fortschreitende Gerätevernetzung und die Verfügbarkeit und Nutzung privater Daten in Onlinediensten noch an Bedeutung gewinnt. In der Vergangenheit wurden verschiedene Techniken für den Schutz privater Daten entwickelt: so genannte Privacy Enhancing Technologies. Viele dieser Technologien arbeiten nach dem Prinzip der Datensparsamkeit und der Anonymisierung und stehen damit der modernen Netznutzung in Sozialen Medien entgegen. Das führt zu der Situation, dass private Daten umfassend verteilt und genutzt werden, ohne dass der Datenbesitzer gezielte Kontrolle über die Verteilung und Nutzung seiner privaten Daten ausüben kann. Existierende richtlinienbasiert Datenschutztechniken gehen in der Regel davon aus, dass der Nutzer und nicht der Eigentümer der Daten die Richtlinien für den Umgang mit privaten Daten vorgibt. Dieser Ansatz vereinfacht das Management und die Durchsetzung der Zugriffsbeschränkungen für den Datennutzer, lässt dem Datenbesitzer aber nur die Alternative den Richtlinien des Datennutzers zuzustimmen, oder keine Daten weiterzugeben. Es war daher unser Ansatz die Interessen des Datenbesitzers durch die Möglichkeit der Formulierung eigener Richtlinien zu stärken. Das dabei verwendete Modell zur Zugriffskontrolle wird auch als Owner-Retained Access Control (ORAC) bezeichnet und wurde 1990 von McCollum u.a. formuliert. Das Grundprinzip dieses Modells besteht darin, dass die Autorität über Zugriffsentscheidungen stets beim Urheber der Daten verbleibt. Aus diesem Ansatz ergeben sich zwei Herausforderungen. Zum einen muss der Besitzer der Daten, der Data Owner, in die Lage versetzt werden, aussagekräftige und korrekte Richtlinien für den Umgang mit seinen Daten formulieren zu können. Da es sich dabei um normale Computernutzer handelt, muss davon ausgegangen werden, dass diese Personen auch Fehler bei der Richtlinienerstellung machen. Wir haben dieses Problem dadurch gelöst, dass wir die Datenschutzrichtlinien in drei separate Bereiche mit unterschiedlicher Priorität aufteilen. Der Bereich mit der niedrigsten Priorität definiert grundlegende Schutzeigenschaften. Der Dateneigentümer kann diese Eigenschaften durch eigene Regeln mittlerer Priorität überschrieben. Darüber hinaus sorgt ein Bereich mit Sicherheitsrichtlinien hoher Priorität dafür, dass bestimmte Zugriffsrechte immer gewahrt bleiben. Die zweite Herausforderung besteht in der gezielten Kommunikation der Richtlinien und deren Durchsetzung gegenüber dem Datennutzer (auch als Data User bezeichnet). Um die Richtlinien dem Datennutzer bekannt zu machen, verwenden wir so genannte Sticky Policies. Das bedeutet, dass wir die Richtlinien über eine geeignete Kodierung an die zu schützenden Daten anhängen, so dass jederzeit darauf Bezug genommen werden kann und auch bei der Verteilung der Daten die Datenschutzanforderungen der Besitzer erhalten bleiben. Für die Durchsetzung der Richtlinien auf dem System des Datennutzers haben wir zwei verschiedene Ansätze entwickelt. Wir haben einen so genannten Reference Monitor entwickelt, welcher jeglichen Zugriff auf die privaten Daten kontrolliert und anhand der in der Sticky Policy gespeicherten Regeln entscheidet, ob der Datennutzer den Zugriff auf diese Daten erhält oder nicht. Dieser Reference Monitor wurde zum einen als Client-seitigen Lösung implementiert, die auf dem Sicherheitskonzept der Programmiersprache Java aufsetzt. Zum anderen wurde auch eine Lösung für Server entwickelt, welche mit Hilfe der Aspekt-orientierten Programmierung den Zugriff auf bestimmte Methoden eines Programms kontrollieren kann. In dem Client-seitigen Referenzmonitor werden Privacy Policies in Java Permissions übersetzt und automatisiert durch den Java Security Manager gegenüber beliebigen Applikationen durchgesetzt. Da dieser Ansatz beim Zugriff auf Daten mit anderer Privacy Policy den Neustart der Applikation erfordert, wurde für den Server-seitigen Referenzmonitor ein anderer Ansatz gewählt. Mit Hilfe der Java Reflection API und Methoden der Aspektorientierten Programmierung gelang es Datenzugriffe in existierenden Applikationen abzufangen und erst nach Prüfung der Datenschutzrichtlinie den Zugriff zuzulassen oder zu verbieten. Beide Lösungen wurden auf ihre Leistungsfähigkeit getestet und stellen eine Erweiterung der bisher bekannten Techniken zum Schutz privater Daten dar.
KW - Datenschutz
KW - Java Security Framework
KW - Aspektorientierte Programmierung
KW - Policy Sprachen
KW - Owner-Retained Access Control (ORAC)
KW - Data Privacy
KW - Java Security Framework
KW - Aspect-Oriented Programming
KW - Policy Languages
KW - Owner-Retained Access Control (ORAC)
Y1 - 2013
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-67939
ER -
TY - JOUR
A1 - Scheele, Lasse
T1 - Location analysis for placing artificial reefs
JF - Process design for natural scientists: an agile model-driven approach
N2 - Location analyses are among the most common tasks while working with spatial data and geographic information systems. Automating the most frequently used procedures is therefore an important aspect of improving their usability. In this context, this project aims to design and implement a workflow, providing some basic tools for a location analysis. For the implementation with jABC, the workflow was applied to the problem of finding a suitable location for placing an artificial reef. For this analysis three parameters (bathymetry, slope and grain size of the ground material) were taken into account, processed, and visualized with the The Generic Mapping Tools (GMT), which were integrated into the workflow as jETI-SIBs. The implemented workflow thereby showed that the approach to combine jABC with GMT resulted in an user-centric yet user-friendly tool with high-quality cartographic outputs.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
SN - 1865-0929
IS - 500
SP - 216
EP - 228
PB - Springer
CY - Berlin
ER -
TY - JOUR
A1 - Schaub, Torsten H.
A1 - Woltran, Stefan
T1 - Answer set programming unleashed!
JF - Künstliche Intelligenz
N2 - Answer Set Programming faces an increasing popularity for problem solving in various domains. While its modeling language allows us to express many complex problems in an easy way, its solving technology enables their effective resolution. In what follows, we detail some of the key factors of its success. Answer Set Programming [ASP; Brewka et al. Commun ACM 54(12):92–103, (2011)] is seeing a rapid proliferation in academia and industry due to its easy and flexible way to model and solve knowledge-intense combinatorial (optimization) problems. To this end, ASP offers a high-level modeling language paired with high-performance solving technology. As a result, ASP systems provide out-off-the-box, general-purpose search engines that allow for enumerating (optimal) solutions. They are represented as answer sets, each being a set of atoms representing a solution. The declarative approach of ASP allows a user to concentrate on a problem’s specification rather than the computational means to solve it. This makes ASP a prime candidate for rapid prototyping and an attractive tool for teaching key AI techniques since complex problems can be expressed in a succinct and elaboration tolerant way. This is eased by the tuning of ASP’s modeling language to knowledge representation and reasoning (KRR). The resulting impact is nicely reflected by a growing range of successful applications of ASP [Erdem et al. AI Mag 37(3):53–68, 2016; Falkner et al. Industrial applications of answer set programming. K++nstliche Intelligenz (2018)]
Y1 - 2018
U6 - https://doi.org/10.1007/s13218-018-0550-z
SN - 0933-1875
SN - 1610-1987
VL - 32
IS - 2-3
SP - 105
EP - 108
PB - Springer
CY - Heidelberg
ER -
TY - GEN
A1 - Schaub, Torsten H.
A1 - Woltran, Stefan
T1 - Special issue on answer set programming
T2 - Künstliche Intelligenz
Y1 - 2018
U6 - https://doi.org/10.1007/s13218-018-0554-8
SN - 0933-1875
SN - 1610-1987
VL - 32
IS - 2-3
SP - 101
EP - 103
PB - Springer
CY - Heidelberg
ER -
TY - THES
A1 - Sawade, Christoph
T1 - Active evaluation of predictive models
T1 - Aktive Evaluierung von Vorhersagemodellen
N2 - The field of machine learning studies algorithms that infer predictive models from data. Predictive models are applicable for many practical tasks such as spam filtering, face and handwritten digit recognition, and personalized product recommendation. In general, they are used to predict a target label for a given data instance. In order to make an informed decision about the deployment of a predictive model, it is crucial to know the model’s approximate performance. To evaluate performance, a set of labeled test instances is required that is drawn from the distribution the model will be exposed to at application time. In many practical scenarios, unlabeled test instances are readily available, but the process of labeling them can be a time- and cost-intensive task and may involve a human expert. This thesis addresses the problem of evaluating a given predictive model accurately with minimal labeling effort. We study an active model evaluation process that selects certain instances of the data according to an instrumental sampling distribution and queries their labels. We derive sampling distributions that minimize estimation error with respect to different performance measures such as error rate, mean squared error, and F-measures. An analysis of the distribution that governs the estimator leads to confidence intervals, which indicate how precise the error estimation is. Labeling costs may vary across different instances depending on certain characteristics of the data. For instance, documents differ in their length, comprehensibility, and technical requirements; these attributes affect the time a human labeler needs to judge relevance or to assign topics. To address this, the sampling distribution is extended to incorporate instance-specific costs. We empirically study conditions under which the active evaluation processes are more accurate than a standard estimate that draws equally many instances from the test distribution. We also address the problem of comparing the risks of two predictive models. The standard approach would be to draw instances according to the test distribution, label the selected instances, and apply statistical tests to identify significant differences. Drawing instances according to an instrumental distribution affects the power of a statistical test. We derive a sampling procedure that maximizes test power when used to select instances, and thereby minimizes the likelihood of choosing the inferior model. Furthermore, we investigate the task of comparing several alternative models; the objective of an evaluation could be to rank the models according to the risk that they incur or to identify the model with lowest risk. An experimental study shows that the active procedure leads to higher test power than the standard test in many application domains. Finally, we study the problem of evaluating the performance of ranking functions, which are used for example for web search. In practice, ranking performance is estimated by applying a given ranking model to a representative set of test queries and manually assessing the relevance of all retrieved items for each query. We apply the concepts of active evaluation and active comparison to ranking functions and derive optimal sampling distributions for the commonly used performance measures Discounted Cumulative Gain and Expected Reciprocal Rank. Experiments on web search engine data illustrate significant reductions in labeling costs.
N2 - Maschinelles Lernen befasst sich mit Algorithmen zur Inferenz von Vorhersagemodelle aus komplexen Daten. Vorhersagemodelle sind Funktionen, die einer Eingabe – wie zum Beispiel dem Text einer E-Mail – ein anwendungsspezifisches Zielattribut – wie „Spam“ oder „Nicht-Spam“ – zuweisen. Sie finden Anwendung beim Filtern von Spam-Nachrichten, bei der Text- und Gesichtserkennung oder auch bei der personalisierten Empfehlung von Produkten. Um ein Modell in der Praxis einzusetzen, ist es notwendig, die Vorhersagequalität bezüglich der zukünftigen Anwendung zu schätzen. Für diese Evaluierung werden Instanzen des Eingaberaums benötigt, für die das zugehörige Zielattribut bekannt ist. Instanzen, wie E-Mails, Bilder oder das protokollierte Nutzerverhalten von Kunden, stehen häufig in großem Umfang zur Verfügung. Die Bestimmung der zugehörigen Zielattribute ist jedoch ein manueller Prozess, der kosten- und zeitaufwendig sein kann und mitunter spezielles Fachwissen erfordert. Ziel dieser Arbeit ist die genaue Schätzung der Vorhersagequalität eines gegebenen Modells mit einer minimalen Anzahl von Testinstanzen. Wir untersuchen aktive Evaluierungsprozesse, die mit Hilfe einer Wahrscheinlichkeitsverteilung Instanzen auswählen, für die das Zielattribut bestimmt wird. Die Vorhersagequalität kann anhand verschiedener Kriterien, wie der Fehlerrate, des mittleren quadratischen Verlusts oder des F-measures, bemessen werden. Wir leiten die Wahrscheinlichkeitsverteilungen her, die den Schätzfehler bezüglich eines gegebenen Maßes minimieren. Der verbleibende Schätzfehler lässt sich anhand von Konfidenzintervallen quantifizieren, die sich aus der Verteilung des Schätzers ergeben. In vielen Anwendungen bestimmen individuelle Eigenschaften der Instanzen die Kosten, die für die Bestimmung des Zielattributs anfallen. So unterscheiden sich Dokumente beispielsweise in der Textlänge und dem technischen Anspruch. Diese Eigenschaften beeinflussen die Zeit, die benötigt wird, mögliche Zielattribute wie das Thema oder die Relevanz zuzuweisen. Wir leiten unter Beachtung dieser instanzspezifischen Unterschiede die optimale Verteilung her. Die entwickelten Evaluierungsmethoden werden auf verschiedenen Datensätzen untersucht. Wir analysieren in diesem Zusammenhang Bedingungen, unter denen die aktive Evaluierung genauere Schätzungen liefert als der Standardansatz, bei dem Instanzen zufällig aus der Testverteilung gezogen werden. Eine verwandte Problemstellung ist der Vergleich von zwei Modellen. Um festzustellen, welches Modell in der Praxis eine höhere Vorhersagequalität aufweist, wird eine Menge von Testinstanzen ausgewählt und das zugehörige Zielattribut bestimmt. Ein anschließender statistischer Test erlaubt Aussagen über die Signifikanz der beobachteten Unterschiede. Die Teststärke hängt von der Verteilung ab, nach der die Instanzen ausgewählt wurden. Wir bestimmen die Verteilung, die die Teststärke maximiert und damit die Wahrscheinlichkeit minimiert, sich für das schlechtere Modell zu entscheiden. Des Weiteren geben wir eine Möglichkeit an, den entwickelten Ansatz für den Vergleich von mehreren Modellen zu verwenden. Wir zeigen empirisch, dass die aktive Evaluierungsmethode im Vergleich zur zufälligen Auswahl von Testinstanzen in vielen Anwendungen eine höhere Teststärke aufweist. Im letzten Teil der Arbeit werden das Konzept der aktiven Evaluierung und das des aktiven Modellvergleichs auf Rankingprobleme angewendet. Wir leiten die optimalen Verteilungen für das Schätzen der Qualitätsmaße Discounted Cumulative Gain und Expected Reciprocal Rank her. Eine empirische Studie zur Evaluierung von Suchmaschinen zeigt, dass die neu entwickelten Verfahren signifikant genauere Schätzungen der Rankingqualität liefern als die untersuchten Referenzverfahren.
KW - Aktive Evaluierung
KW - Vorhersagemodelle
KW - Maschinelles Lernen
KW - Fehlerschätzung
KW - Statistische Tests
KW - Active Evaluation
KW - Predictive Models
KW - Machine Learning
KW - Error Estimation
KW - Statistical Tests
Y1 - 2012
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-65583
SN - 978-3-86956-255-1
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Saleh, Eyad
T1 - Securing Multi-tenant SaaS Environments
N2 - Software-as-a-Service (SaaS) offers several advantages to both service providers and users. Service providers can benefit from the reduction of Total Cost of Ownership (TCO), better scalability, and better resource utilization. On the other hand, users can use the service anywhere and anytime, and minimize upfront investment by following the pay-as-you-go model. Despite the benefits of SaaS, users still have concerns about the security and privacy of their data. Due to the nature of SaaS and the Cloud in general, the data and the computation are beyond the users' control, and hence data security becomes a vital factor in this new paradigm. Furthermore, in multi-tenant SaaS applications, the tenants become more concerned about the confidentiality of their data since several tenants are co-located onto a shared infrastructure.
To address those concerns, we start protecting the data from the provisioning process by controlling how tenants are being placed in the infrastructure. We present a resource allocation algorithm designed to minimize the risk of co-resident tenants called SecPlace. It enables the SaaS provider to control the resource (i.e., database instance) allocation process while taking into account the security of tenants as a requirement.
Due to the design principles of the multi-tenancy model, tenants follow some degree of sharing on both application and infrastructure levels. Thus, strong security-isolation should be present. Therefore, we develop SignedQuery, a technique that prevents one tenant from accessing others' data. We use the Signing Concept to create a signature that is used to sign the tenant's request, then the server can verifies the signature and recognizes the requesting tenant, and hence ensures that the data to be accessed is belonging to the legitimate tenant.
Finally, Data confidentiality remains a critical concern due to the fact that data in the Cloud is out of users' premises, and hence beyond their control. Cryptography is increasingly proposed as a potential approach to address such a challenge. Therefore, we present SecureDB, a system designed to run SQL-based applications over an encrypted database. SecureDB captures the schema design and analyzes it to understand the internal structure of the data (i.e., relationships between the tables and their attributes). Moreover, we determine the appropriate partialhomomorphic encryption scheme for each attribute where computation is possible even when the data is encrypted.
To evaluate our work, we conduct extensive experiments with di↵erent settings. The main use case in our work is a popular open source HRM application, called OrangeHRM. The results show that our multi-layered approach is practical, provides enhanced security and isolation among tenants, and have a moderate complexity in terms of processing encrypted data.
Y1 - 2016
ER -
TY - JOUR
A1 - Saito, Toshinori
T1 - The Key Competencies in Informatics and ICT viewed from Nussbaum’s Ten Central Capabilities
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - This article shows a discussion about the key competencies
in informatics and ICT viewed from a philosophical foundation presented
by Martha Nussbaum, which is known as ‘ten central capabilities’.
Firstly, the outline of ‘The Capability Approach’, which has been presented
by Amartya Sen and Nussbaum as a theoretical framework of
assessing the state of social welfare, will be explained. Secondly, the
body of Nussbaum’s ten central capabilities and the reason for being
applied as the basis of discussion will be shown. Thirdly, the relationship
between the concept of ‘capability’ and ‘competency’ is to be
discussed. After that, the author’s assumption of the key competencies
in informatics and ICT led from the examination of Nussbaum’s ten
capabilities will be presented.
KW - Capability approach
KW - competency
KW - teaching informatics in general education
KW - philosophical foundation of informatics pedagogy
KW - education and public policy
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82718
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 253
EP - 266
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Sadr-Azodi, Amir Shahab
T1 - Towards Real-time SIEM-based Network monitoring and Intrusion Detection through Advanced Event Normalization
Y1 - 2015
ER -
TY - JOUR
A1 - Reynolds, Nicholas
A1 - Swainston, Andrew
A1 - Bendrups, Faye
T1 - Music Technology and Computational Thinking
BT - Young People displaying Competence
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - A project involving the composition of a number of pieces
of music by public participants revealed levels of engagement with and
mastery of complex music technologies by a number of secondary student
volunteers. This paper reports briefly on some initial findings of
that project and seeks to illuminate an understanding of computational
thinking across the curriculum.
KW - Computational Thinking
KW - Music Technology
KW - ICT Competence
KW - Young People
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82913
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 363
EP - 370
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Respondek, Tobias
T1 - A workflow for computing potential areas for wind turbines
JF - Process design for natural scientists: an agile model-driven approach
N2 - This paper describes the implementation of a workflow model for service-oriented computing of potential areas for wind turbines in jABC. By implementing a re-executable model the manual effort of a multi-criteria site analysis can be reduced. The aim is to determine the shift of typical geoprocessing tools of geographic information systems (GIS) from the desktop to the web. The analysis is based on a vector data set and mainly uses web services of the “Center for Spatial Information Science and Systems” (CSISS). This paper discusses effort, benefits and problems associated with the use of the web services.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
IS - 500
SP - 200
EP - 215
PB - Springer
CY - Berlin
ER -
TY - JOUR
A1 - Reso, Judith
ED - Lambrecht, Anna-Lena
ED - Margaria, Tiziana
T1 - Protein Classification Workflow
JF - Process Design for Natural Scientists: an agile model-driven approach
N2 - The protein classification workflow described in this report enables users to get information about a novel protein sequence automatically. The information is derived by different bioinformatic analysis tools which calculate or predict features of a protein sequence. Also, databases are used to compare the novel sequence with known proteins.
Y1 - 2014
SN - 978-3-662-45005-5
SN - 1865-0929
IS - 500
SP - 65
EP - 72
PB - Springer Verlag
CY - Berlin
ER -
TY - THES
A1 - Repp, Leo
T1 - Extending the automatic theorem prover nanoCoP with arithmetic procedures
T1 - Erweiterung des automatischen Theorembeweisers nanoCoP um Arithmetik und Gleichheit behandelnde Verfahren
N2 - In dieser Bachelorarbeit implementiere ich den automatischen Theorembeweiser nanoCoP-Ω. Es handelt sich bei diesem neuen System um das Ergebnis einer Portierung von Arithmetik-behandelnden Prozeduren aus dem automatischen Theorembeweiser mit Arithmetik leanCoP-Ω in das System nanoCoP 2.0. Dazu wird zuerst der mathematische Hintergrund zu automatischen Theorembeweisern und Arithmetik gegeben. Ich stelle die Vorgängerprojekte leanCoP, nanoCoP und leanCoP-Ω vor, auf dessen Vorlage nanoCoP-Ω entwickelt wurde. Es folgt eine ausführliche Erklärung der Konzepte, um welche der nicht-klausale Konnektionskalkül erweitert werden muss, um eine Behandlung von arithmetischen Ausdrücken und Gleichheiten in den Kalkül zu integrieren, sowie eine Beschreibung der Implementierung dieser Konzepte in nanoCoP-Ω. Als letztes folgt eine experimentelle Evaluation von nanoCoP-Ω. Es wurde ein ausführlicher Vergleich von Laufzeit und Anzahl gelöster Probleme im Vergleich zum ähnlich aufgebauten Theorembeweiser leanCoP-Ω auf Basis der TPTP-Benchmark durchgeführt. Ich komme zu dem Ergebnis, dass nanoCoP-Ω deutlich schneller ist als leanCoP-Ω ist, jedoch weniger gut geeignet für größere Probleme. Zudem konnte ich feststellen, dass nanoCoP-Ω falsche Beweise liefern kann. Ich bespreche, wie dieses Problem gelöst werden kann, sowie einige mögliche Optimierungen und Erweiterungen des Beweissystems.
N2 - In this bachelor’s thesis I implement the automatic theorem prover nanoCoP-Ω. This system is the result of porting arithmetic and equality handling procedures first introduced in the automatic theorem prover with arithmetic leanCoP-Ω into the similar system nanoCoP 2.0. To understand these procedures, I first introduce the mathematical background to both automatic theorem proving and arithmetic expressions. I present the predecessor projects leanCoP, nanoCoP and leanCoP-Ω, out of which nanCoP-Ω was developed. This is followed by an extensive description of the concepts the non-clausal connection calculus needed to be extended by, to allow for proving arithmetic expressions and equalities, as well as of their implementation into nanoCoP-Ω. An extensive comparison between both the runtimes and the number of solved problems of the systems nanoCoP-Ω and leanCoP-Ω was made. I come to the conclusion, that nanoCoP-Ω is considerably faster than leanCoP-Ω for small problems, though less well suited for larger problems. Additionally, I was able to construct a non-theorem that nanoCoP-Ω generates a false proof for. I discuss how this pressing issue could be resolved, as well as some possible optimizations and expansions of the system.
KW - automatic theorem prover
KW - leanCoP
KW - connection calculus
KW - tptp
KW - arithmetic procedures
KW - equality
KW - omega
KW - arithmethische Prozeduren
KW - automatisierter Theorembeweiser
KW - Konnektionskalkül
KW - Gleichheit
KW - leanCoP
KW - Omega
KW - TPTP
Y1 - 2023
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-576195
ER -
TY - JOUR
A1 - Przybylla, Mareen
A1 - Romeike, Ralf
T1 - Key Competences with Physical Computing
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - Physical computing covers the design and realization of interactive
objects and installations and allows students to develop concrete,
tangible products of the real world that arise from the learners’
imagination. This way, constructionist learning is raised to a level that
enables students to gain haptic experience and thereby concretizes the
virtual. In this paper the defining characteristics of physical computing
are described. Key competences to be gained with physical computing
will be identified.
KW - Defining characteristics of physical computing
KW - key competences in physical computing
KW - physical computing tools
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82904
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 351
EP - 361
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Prohaska, Steffen
T1 - Skeleton-based visualization of massive voxel objects with network-like architecture
T1 - Skelettbasierte Visualisierung großer Voxel-Objekte mit netzwerkartiger Architektur
N2 - This work introduces novel internal and external memory algorithms for computing voxel skeletons of massive voxel objects with complex network-like architecture and for converting these voxel skeletons to piecewise linear geometry, that is triangle meshes and piecewise straight lines. The presented techniques help to tackle the challenge of visualizing and analyzing 3d images of increasing size and complexity, which are becoming more and more important in, for example, biological and medical research. Section 2.3.1 contributes to the theoretical foundations of thinning algorithms with a discussion of homotopic thinning in the grid cell model. The grid cell model explicitly represents a cell complex built of faces, edges, and vertices shared between voxels. A characterization of pairs of cells to be deleted is much simpler than characterizations of simple voxels were before. The grid cell model resolves topologically unclear voxel configurations at junctions and locked voxel configurations causing, for example, interior voxels in sets of non-simple voxels. A general conclusion is that the grid cell model is superior to indecomposable voxels for algorithms that need detailed control of topology. Section 2.3.2 introduces a noise-insensitive measure based on the geodesic distance along the boundary to compute two-dimensional skeletons. The measure is able to retain thin object structures if they are geometrically important while ignoring noise on the object's boundary. This combination of properties is not known of other measures. The measure is also used to guide erosion in a thinning process from the boundary towards lines centered within plate-like structures. Geodesic distance based quantities seem to be well suited to robustly identify one- and two-dimensional skeletons. Chapter 6 applies the method to visualization of bone micro-architecture. Chapter 3 describes a novel geometry generation scheme for representing voxel skeletons, which retracts voxel skeletons to piecewise linear geometry per dual cube. The generated triangle meshes and graphs provide a link to geometry processing and efficient rendering of voxel skeletons. The scheme creates non-closed surfaces with boundaries, which contain fewer triangles than a representation of voxel skeletons using closed surfaces like small cubes or iso-surfaces. A conclusion is that thinking specifically about voxel skeleton configurations instead of generic voxel configurations helps to deal with the topological implications. The geometry generation is one foundation of the applications presented in Chapter 6. Chapter 5 presents a novel external memory algorithm for distance ordered homotopic thinning. The presented method extends known algorithms for computing chamfer distance transformations and thinning to execute I/O-efficiently when input is larger than the available main memory. The applied block-wise decomposition schemes are quite simple. Yet it was necessary to carefully analyze effects of block boundaries to devise globally correct external memory variants of known algorithms. In general, doing so is superior to naive block-wise processing ignoring boundary effects. Chapter 6 applies the algorithms in a novel method based on confocal microscopy for quantitative study of micro-vascular networks in the field of microcirculation.
N2 - Die vorliegende Arbeit führt I/O-effiziente Algorithmen und Standard-Algorithmen zur Berechnung von Voxel-Skeletten aus großen Voxel-Objekten mit komplexer, netzwerkartiger Struktur und zur Umwandlung solcher Voxel-Skelette in stückweise-lineare Geometrie ein. Die vorgestellten Techniken werden zur Visualisierung und Analyse komplexer drei-dimensionaler Bilddaten, beispielsweise aus Biologie und Medizin, eingesetzt. Abschnitt 2.3.1 leistet mit der Diskussion von topologischem Thinning im Grid-Cell-Modell einen Beitrag zu den theoretischen Grundlagen von Thinning-Algorithmen. Im Grid-Cell-Modell wird ein Voxel-Objekt als Zellkomplex dargestellt, der aus den Ecken, Kanten, Flächen und den eingeschlossenen Volumina der Voxel gebildet wird. Topologisch unklare Situationen an Verzweigungen und blockierte Voxel-Kombinationen werden aufgelöst. Die Charakterisierung von Zellpaaren, die im Thinning-Prozess entfernt werden dürfen, ist einfacher als bekannte Charakterisierungen von so genannten "Simple Voxels". Eine wesentliche Schlussfolgerung ist, dass das Grid-Cell-Modell atomaren Voxeln überlegen ist, wenn Algorithmen detaillierte Kontrolle über Topologie benötigen. Abschnitt 2.3.2 präsentiert ein rauschunempfindliches Maß, das den geodätischen Abstand entlang der Oberfläche verwendet, um zweidimensionale Skelette zu berechnen, welche dünne, aber geometrisch bedeutsame, Strukturen des Objekts rauschunempfindlich abbilden. Das Maß wird im weiteren mit Thinning kombiniert, um die Erosion von Voxeln auf Linien zuzusteuern, die zentriert in plattenförmigen Strukturen liegen. Maße, die auf dem geodätischen Abstand aufbauen, scheinen sehr geeignet zu sein, um ein- und zwei-dimensionale Skelette bei vorhandenem Rauschen zu identifizieren. Eine theoretische Begründung für diese Beobachtung steht noch aus. In Abschnitt 6 werden die diskutierten Methoden zur Visualisierung von Knochenfeinstruktur eingesetzt. Abschnitt 3 beschreibt eine Methode, um Voxel-Skelette durch kontrollierte Retraktion in eine stückweise-lineare geometrische Darstellung umzuwandeln, die als Eingabe für Geometrieverarbeitung und effizientes Rendering von Voxel-Skeletten dient. Es zeigt sich, dass eine detaillierte Betrachtung der topologischen Eigenschaften eines Voxel-Skeletts einer Betrachtung von allgemeinen Voxel-Konfigurationen für die Umwandlung zu einer geometrischen Darstellung überlegen ist. Die diskutierte Methode bildet die Grundlage für die Anwendungen, die in Abschnitt 6 diskutiert werden. Abschnitt 5 führt einen I/O-effizienten Algorithmus für Thinning ein. Die vorgestellte Methode erweitert bekannte Algorithmen zur Berechung von Chamfer-Distanztransformationen und Thinning so, dass diese effizient ausführbar sind, wenn die Eingabedaten den verfügbaren Hauptspeicher übersteigen. Der Einfluss der Blockgrenzen auf die Algorithmen wurde analysiert, um global korrekte Ergebnisse sicherzustellen. Eine detaillierte Analyse ist einer naiven Zerlegung, die die Einflüsse von Blockgrenzen vernachlässigt, überlegen. In Abschnitt 6 wird, aufbauend auf den I/O-effizienten Algorithmen, ein Verfahren zur quantitativen Analyse von Mikrogefäßnetzwerken diskutiert.
KW - Visualisierung
KW - Bilddatenanalyse
KW - Skelettberechnung
KW - Geometrieerzeugung
KW - I/O-effiziente Algorithmen
KW - visualization
KW - image data analysis
KW - skeletonization
KW - geometry generation
KW - external memory algorithms
Y1 - 2007
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-14888
ER -
TY - JOUR
A1 - Preston, Christina
A1 - Younie, Sarah
T1 - Mentoring in a Digital World
BT - What are the Issues?
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - This paper focuses on the results of the evaluation of the first
pilot of an e-mentoring unit designed by the Hands-On ICT consortium,
funded by the EU LLL programme. The overall aim of this two-year
activity is to investigate the value for professional learning of Massive
Online Open Courses (MOOCs) and Community Online Open Courses
(COOCs) in the context of a ‘community of practice’. Three units in the
first pilot covered aspects of using digital technologies to develop creative
thinking skills. The findings in this paper relate to the fourth unit
about e-mentoring, a skill that was important to delivering the course
content in the other three units. Findings about the e-mentoring unit
included: the students’ request for detailed profiles so that participants
can get to know each other; and, the need to reconcile the different
interpretations of e-mentoring held by the participants when the course
begins. The evaluators concluded that the major issues were that: not all
professional learners would self-organise and network; and few would
wish to mentor their colleagues voluntarily. Therefore, the e-mentoring
issues will need careful consideration in pilots two and three to identify
how e-mentoring will be organised.
KW - MOOCs
KW - e-mentoring
KW - professional development
KW - ICT skills
KW - user-centred
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82895
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 343
EP - 350
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - THES
A1 - Prasse, Paul
T1 - Pattern recognition for computer security
T1 - Mustererkennung für Computersicherheit
BT - discriminative models for email spam campaign and malware detection
BT - diskriminative Modelle zur Erkennung von Email Spam-Kampagnen und Malware
N2 - Computer Security deals with the detection and mitigation of threats to computer networks, data, and computing hardware. This
thesis addresses the following two computer security problems: email spam campaign and malware detection.
Email spam campaigns can easily be generated using popular dissemination tools by specifying simple grammars that serve as message templates. A grammar is disseminated to nodes of a bot net, the nodes create messages by instantiating the grammar at random. Email spam campaigns can encompass huge data volumes and therefore pose a threat to the stability of the infrastructure of email service providers that have to store them. Malware -software that serves a malicious purpose- is affecting web servers, client computers via active content, and client computers through executable files. Without the help of malware detection systems it would be easy for malware creators to collect sensitive information or to infiltrate computers.
The detection of threats -such as email-spam messages, phishing messages, or malware- is an adversarial and therefore intrinsically
difficult problem. Threats vary greatly and evolve over time. The detection of threats based on manually-designed rules is therefore
difficult and requires a constant engineering effort. Machine-learning is a research area that revolves around the analysis of data and the discovery of patterns that describe aspects of the data. Discriminative learning methods extract prediction models from data that are optimized to predict a target attribute as accurately as possible. Machine-learning methods hold the promise of automatically identifying patterns that robustly and accurately detect threats. This thesis focuses on the design and analysis of discriminative learning methods for the two computer-security problems under investigation: email-campaign and malware detection.
The first part of this thesis addresses email-campaign detection. We focus on regular expressions as a syntactic framework, because regular expressions are intuitively comprehensible by security engineers and administrators, and they can be applied as a detection mechanism in an extremely efficient manner. In this setting, a prediction model is provided with exemplary messages from an email-spam campaign. The prediction model has to generate a regular expression that reveals the syntactic pattern that underlies the entire campaign, and that a security engineers finds comprehensible and feels confident enough to use the expression to blacklist further messages at the email server. We model this problem as two-stage learning problem with structured input and output spaces which can be solved using standard cutting plane methods. Therefore we develop an appropriate loss function, and derive a decoder for the resulting optimization problem.
The second part of this thesis deals with the problem of predicting whether a given JavaScript or PHP file is malicious or benign. Recent malware analysis techniques use static or dynamic features, or both. In fully dynamic analysis, the software or script is executed and observed for malicious behavior in a sandbox environment. By contrast, static analysis is based on features that can be extracted directly from the program file. In order to bypass static detection mechanisms, code obfuscation techniques are used to spread a malicious program file in many different syntactic variants. Deobfuscating the code before applying a static classifier can be subjected to mostly static code analysis and can overcome the problem of obfuscated malicious code, but on the other hand increases the computational costs of malware detection by an order of magnitude. In this thesis we present a cascaded architecture in which a classifier first performs a static analysis of the original code and -based on the outcome of this first classification step- the code may be deobfuscated and classified again. We explore several types of features including token $n$-grams, orthogonal sparse bigrams, subroutine-hashings, and syntax-tree features and study the robustness of detection methods and feature types against the evolution of malware over time. The developed tool scans very large file collections quickly and accurately.
Each model is evaluated on real-world data and compared to reference methods. Our approach of inferring regular expressions to filter emails belonging to an email spam campaigns leads to models with a high true-positive rate at a very low false-positive rate that is an order of magnitude lower than that of a commercial content-based filter. Our presented system -REx-SVMshort- is being used by a commercial email service provider and complements content-based and IP-address based filtering.
Our cascaded malware detection system is evaluated on a high-quality data set of almost 400,000 conspicuous PHP files and a collection of more than 1,00,000 JavaScript files. From our case study we can conclude that our system can quickly and accurately process large data collections at a low false-positive rate.
N2 - Computer-Sicherheit beschäftigt sich mit der Erkennung und der Abwehr von Bedrohungen für Computer-Netze, Daten und Computer-Hardware. In dieser Dissertation wird die Leistungsfähigkeit von Modellen des maschinellen Lernens zur Erkennung von Bedrohungen anhand von zwei konkreten Fallstudien analysiert. Im ersten Szenario wird die Leistungsfähigkeit von Modellen zur Erkennung von Email Spam-Kampagnen untersucht. E-Mail Spam-Kampagnen werden häufig von leicht zu bedienenden Tools erzeugt. Diese Tools erlauben es dem Benutzer, mit Hilfe eines Templates (z.B. einer regulären Grammatik) eine Emailvorlage zu definieren. Ein solches Template kann z.B. auf die Knoten eines Botnetzes verteilt werden. Dort werden Nachrichten mit diesem Template generiert und an verschiedene Absender verschickt. Die damit entstandenen E-Mail Spam-Kampagnen können riesige Datenmengen produzieren und somit zu einer Gefahr für die Stabilität der Infrastruktur von E-Mail-Service-Providern werden. Im zweiten Szenario wird die Leistungsfähigkeit von Modellen zur Erkennung von Malware untersucht. Malware bzw. Software, die schadhaften Programmcode enthält, kann Web-Server und Client-Computer über aktive Inhalte und Client-Computer über ausführbare Dateien beeinflussen. Somit kann die die reguläre und legitime Nutzung von Diensten verhindert werden. Des Weiteren kann Malware genutzt werden, um sensible Informationen zu sammeln oder Computer zu infiltrieren.
Die Erkennung von Bedrohungen, die von E-Mail-Spam-Mails, Phishing-E-Mails oder Malware ausgehen, gestaltet sich schwierig. Zum einen verändern sich Bedrohungen von Zeit zu Zeit, zum anderen werden E-Mail-Spam-Mails oder Malware so modifiziert, dass sie von aktuellen Erkennungssystemen nicht oder nur schwer zu erkennen sind. Erkennungssysteme, die auf manuell erstellten Regeln basieren, sind deshalb wenig effektiv, da sie ständig administriert werden müssen. Sie müssen kontinuierlich gewartet werden, um neue Regeln (für veränderte oder neu auftretende Bedrohungen) zu erstellen und alte Regeln anzupassen bzw. zu löschen. Maschinelles Lernen ist ein Forschungsgebiet, das sich mit der Analyse von Daten und der Erkennung von Mustern beschäftigt, um bestimmte Aspekte in Daten, wie beispielsweise die Charakteristika von Malware, zu beschreiben. Mit Hilfe der Methoden des Maschinellen Lernens ist es möglich, automatisiert Muster in Daten zu erkennen. Diese Muster können genutzt werden, um Bedrohung gezielt und genau zu erkennen.
Im ersten Teil wird ein Modell zur automatischen Erkennung von E-Mail-Spam-Kampag\-nen vorgestellt. Wir verwenden reguläre Ausdrücke als syntaktischen Rahmen, um E-Mail-Spam-Kampagnen zu beschreiben und E-Mails die zu einer E-Mail-Spam-Kampagne gehören zu identifizieren. Reguläre Ausdrücke sind intuitiv verständlich und können einfach von Administratoren genutzt werden, um E-Mail-Spam-Kampagnen zu beschreiben. Diese Arbeit stellt ein Modell vor, das für eine gegebene E-Mail-Spam-Kampagne einen regulären Ausdruck vorhersagt. In dieser Arbeit stellen wir ein Verfahren vor, um ein Modell zu bestimmen, das reguläre Ausdrücke vorhersagt, die zum Einen die Gesamtheit aller E-Mails in einer Spam-Kampagne abbilden und zum Anderen so verständlich aufgebaut sind, dass ein Systemadministrator eines E-Mail Servers diesen verwendet. Diese Problemstellung wird als ein zweistufiges Lernproblem mit strukturierten Ein- und Ausgaberäumen modelliert, welches mit Standardmethoden des Maschinellen Lernens gelöst werden kann. Hierzu werden eine geeignete Verlustfunktion, sowie ein Dekodierer für das resultierende Optimierungsproblem hergeleitet.
Der zweite Teil behandelt die Analyse von Modellen zur Erkennung von Java-Script oder PHP-Dateien mit schadhaften Code. Viele neu entwickelte Malwareanalyse-Tools nutzen statische, dynamische oder eine Mischung beider Merkmalsarten als Eingabe, um Modelle zur Erkennung von Malware zu bilden. Um dynamische Merkmale zu extrahieren, wird eine Software oder ein Teil des Programmcodes in einer gesicherten Umgebung ausgeführt und das Verhalten (z.B. Speicherzugriffe oder Funktionsaufrufe) analysiert. Bei der statischen Analyse von Skripten und Software werden Merkmale direkt aus dem Programcode extrahiert. Um Erkennungsmechanismen, die nur auf statischen Merkmalen basieren, zu umgehen, wird der Programmcode oft maskiert. Die Maskierung von Programmcode wird genutzt, um einen bestimmten schadhaften Programmcode in vielen syntaktisch unterschiedlichen Varianten zu erzeugen. Der originale schadhafte Programmcode wird dabei erst zur Laufzeit generiert. Wird der Programmcode vor dem Anwenden eines Vorhersagemodells demaskiert, spricht man von einer vorwiegend statischen Programmcodeanalyse. Diese hat den Vorteil, dass enthaltener Schadcode einfacher zu erkennen ist. Großer Nachteil dieses Ansatzes ist die erhöhte Laufzeit durch das Demaskieren der einzelnen Dateien vor der Anwendung des Vorhersagemodells. In dieser Arbeit wird eine mehrstufige Architektur präsentiert, in der ein Klassifikator zunächst eine Vorhersage auf Grundlage einer statischen Analyse auf dem originalen Programmcode trifft. Basierend auf dieser Vorhersage wird der Programcode in einem zweiten Schritt demaskiert und erneut ein Vorhersagemodell angewendet. Wir betrachten dabei eine Vielzahl von möglichen Merkmalstypen, wie $n$-gram Merkmale, orthogonal sparse bigrams, Funktions-Hashes und Syntaxbaum Merkmale. Zudem wird in dieser Dissertation untersucht, wie robust die entwickelten Erkennungsmodelle gegenüber Veränderungen von Malware über die Zeit sind. Das vorgestellte Verfahren ermöglicht es, große Datenmengen mit hoher Treffergenauigkeit nach Malware zu durchsuchen.
Alle in dieser Dissertation vorgestellten Modelle wurden auf echten Daten evaluiert und mit Referenzmethoden verglichen. Das vorgestellte Modell zur Erkennung von E-Mail-Spam-Kampagnen hat eine hohe richtig-positive Rate und eine sehr kleine falsch-positiv Rate die niedriger ist, als die eines kommerziellen E-Mail-Filters. Das Modell wird von einem kommerziellen E-Mail Service Provider während des operativen Geschäfts genutzt, um eingehende und ausgehende E-Mails eines E-Mails-Servers zu überprüfen. Der Ansatz zur Malwareerkennung wurde auf einem Datensatz mit rund 400.000 verdächtigen PHP Dateien und einer Sammlung von mehr als 1.000.000 Java-Script Dateien evaluiert. Die Fallstudie auf diesen Daten zeigt, dass das vorgestellte System schnell und mit hoher Genauigkeit riesige Datenmengen mit wenigen Falsch-Alarmen nach Malware durchsuchen kann.
KW - malware detection
KW - structured output prediction
KW - pattern recognition
KW - computer security
KW - email spam detection
KW - maschninelles Lernen
KW - Computersicherheit
KW - strukturierte Vorhersage
KW - Klassifikation
KW - Vorhersage
KW - Spam
KW - Malware
Y1 - 2016
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-100251
ER -
TY - JOUR
A1 - Pousttchi, Key
A1 - Gleiß, Alexander
T1 - Surrounded by middlemen - how multi-sided platforms change the insurance industry
JF - Electron Markets
N2 - Multi-sided platforms (MSP) strongly affect markets and play a crucial part within the digital and networked economy. Although empirical evidence indicates their occurrence in many industries, research has not investigated the game-changing impact of MSP on traditional markets to a sufficient extent. More specifically, we have little knowledge of how MSP affect value creation and customer interaction in entire markets, exploiting the potential of digital technologies to offer new value propositions. Our paper addresses this research gap and provides an initial systematic approach to analyze the impact of MSP on the insurance industry. For this purpose, we analyze the state of the art in research and practice in order to develop a reference model of the value network for the insurance industry. On this basis, we conduct a case-study analysis to discover and analyze roles which are occupied or even newly created by MSP. As a final step, we categorize MSP with regard to their relation to traditional insurance companies, resulting in a classification scheme with four MSP standard types: Competition, Coordination, Cooperation, Collaboration.
KW - Multi-sided platforms
KW - Insurance industry
KW - Value network
KW - Digitalization
KW - Customer ownership
Y1 - 2019
U6 - https://doi.org/10.1007/s12525-019-00363-w
SN - 1019-6781
SN - 1422-8890
VL - 29
IS - 4
SP - 609
EP - 629
PB - Springer
CY - Heidelberg
ER -
TY - THES
A1 - Polyvyanyy, Artem
T1 - Structuring process models
T1 - Strukturierung von Prozessmodellen
N2 - One can fairly adopt the ideas of Donald E. Knuth to conclude that process modeling is both a science and an art. Process modeling does have an aesthetic sense. Similar to composing an opera or writing a novel, process modeling is carried out by humans who undergo creative practices when engineering a process model. Therefore, the very same process can be modeled in a myriad number of ways. Once modeled, processes can be analyzed by employing scientific methods. Usually, process models are formalized as directed graphs, with nodes representing tasks and decisions, and directed arcs describing temporal constraints between the nodes. Common process definition languages, such as Business Process Model and Notation (BPMN) and Event-driven Process Chain (EPC) allow process analysts to define models with arbitrary complex topologies. The absence of structural constraints supports creativity and productivity, as there is no need to force ideas into a limited amount of available structural patterns. Nevertheless, it is often preferable that models follow certain structural rules. A well-known structural property of process models is (well-)structuredness. A process model is (well-)structured if and only if every node with multiple outgoing arcs (a split) has a corresponding node with multiple incoming arcs (a join), and vice versa, such that the set of nodes between the split and the join induces a single-entry-single-exit (SESE) region; otherwise the process model is unstructured. The motivations for well-structured process models are manifold: (i) Well-structured process models are easier to layout for visual representation as their formalizations are planar graphs. (ii) Well-structured process models are easier to comprehend by humans. (iii) Well-structured process models tend to have fewer errors than unstructured ones and it is less probable to introduce new errors when modifying a well-structured process model. (iv) Well-structured process models are better suited for analysis with many existing formal techniques applicable only for well-structured process models. (v) Well-structured process models are better suited for efficient execution and optimization, e.g., when discovering independent regions of a process model that can be executed concurrently. Consequently, there are process modeling languages that encourage well-structured modeling, e.g., Business Process Execution Language (BPEL) and ADEPT. However, the well-structured process modeling implies some limitations: (i) There exist processes that cannot be formalized as well-structured process models. (ii) There exist processes that when formalized as well-structured process models require a considerable duplication of modeling constructs. Rather than expecting well-structured modeling from start, we advocate for the absence of structural constraints when modeling. Afterwards, automated methods can suggest, upon request and whenever possible, alternative formalizations that are "better" structured, preferably well-structured. In this thesis, we study the problem of automatically transforming process models into equivalent well-structured models. The developed transformations are performed under a strong notion of behavioral equivalence which preserves concurrency. The findings are implemented in a tool, which is publicly available.
N2 - Im Sinne der Ideen von Donald E. Knuth ist die Prozessmodellierung sowohl Wissenschaft als auch Kunst. Prozessmodellierung hat immer auch eine ästhetische Dimension. Wie das Komponieren einer Oper oder das Schreiben eines Romans, so stellt auch die Prozessmodellierung einen kreativen Akt eines Individuums dar. Somit kann ein Prozess auf unterschiedlichste Weise modelliert werden. Prozessmodelle können anschließend mit wissenschaftlichen Methoden untersucht werden. Prozessmodelle liegen im Regelfall als gerichtete Graphen vor. Knoten stellen Aktivitäten und Entscheidungspunkte dar, während gerichtete Kanten die temporalen Abhängigkeiten zwischen den Knoten beschreiben. Gängige Prozessmodellierungssprachen, zum Beispiel die Business Process Model and Notation (BPMN) und Ereignisgesteuerte Prozessketten (EPK), ermöglichen die Erstellung von Modellen mit einer beliebig komplexen Topologie. Es gibt keine strukturellen Einschränkungen, welche die Kreativität oder Produktivität durch eine begrenzte Anzahl von Modellierungsalternativen einschränken würden. Nichtsdestotrotz ist es oft wünschenswert, dass Modelle bestimmte strukturelle Eigenschaften haben. Ein bekanntes strukturelles Merkmal für Prozessmodelle ist Wohlstrukturiertheit. Ein Prozessmodell ist wohlstrukturiert genau dann, wenn jeder Knoten mit mehreren ausgehenden Kanten (ein Split) einen entsprechenden Knoten mit mehreren eingehenden Kanten (einen Join) hat, und umgekehrt, so dass die Knoten welche zwischen dem Split und dem Join liegen eine single-entry-single-exit (SESE) Region bilden. Ist dies nicht der Fall, so ist das Modell unstrukturiert. Wohlstrukturiertheit ist aufgrund einer Vielzahl von Gründen wünschenswert: (i) Wohlstrukturierte Modelle sind einfacher auszurichten, wenn sie visualisiert werden, da sie planaren Graphen entsprechen. (ii) Wohlstrukturierte Modelle zeichnen sich durch eine höhere Verständlichkeit aus. (iii) Wohlstrukturierte Modelle haben oft weniger Fehler als unstrukturierte Modelle. Auch ist die Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Änderungen größer, wenn Modelle unstrukturiert sind. (iv) Wohlstrukturierte Modelle eignen sich besser für die formale Analyse, da viele Techniken nur für wohlstrukturierte Modelle anwendbar sind. (v) Wohlstrukturierte Modelle sind eher für die effiziente Ausführung und Optimierung geeignet, z.B. wenn unabhängige Regionen eines Prozesses für die parallele Ausführung identifiziert werden. Folglich gibt es eine Reihe von Prozessmodellierungssprachen, z.B. die Business Process Execution Language (BPEL) und ADEPT, welche den Modellierer anhalten nur wohlstrukturierte Modelle zu erstellen. Solch wohlstrukturiertes Modellieren impliziert jedoch gewisse Einschränkungen: (i) Es gibt Prozesse, welche nicht mittels wohlstrukturierten Prozessmodellen dargestellt werden können. (ii) Es gibt Prozesse, für welche die wohlstrukturierte Modellierung mit einer erheblichen Vervielfältigung von Modellierungs-konstrukten einhergeht. Aus diesem Grund vertritt diese Arbeit den Standpunkt, dass ohne strukturelle Einschränkungen modelliert werden sollte, anstatt Wohlstrukturiertheit von Beginn an zu verlangen. Anschließend können, sofern gewünscht und wo immer es möglich ist, automatische Methoden Modellierungsalternativen vorschlagen, welche "besser" strukturiert sind, im Idealfall sogar wohlstrukturiert. Die vorliegende Arbeit widmet sich dem Problem der automatischen Transformation von Prozessmodellen in verhaltensäquivalente wohlstrukturierte Prozessmodelle. Die vorgestellten Transformationen erhalten ein strenges Verhaltensequivalenzkriterium, welches die Parallelität wahrt. Die Resultate sind in einem frei verfügbaren Forschungsprototyp implementiert worden.
KW - Strukturierung
KW - Wohlstrukturiertheit
KW - Prozesse
KW - Verhalten
KW - Modellierung
KW - Structuring
KW - Well-structuredness
KW - Process
KW - Behavior
KW - Modeling
Y1 - 2012
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59024
ER -
TY - JOUR
A1 - Petre, Marian
T1 - Computing is not a spectator sport
BT - rethinking how we introduce our discipline to students
JF - Commentarii informaticae didacticae : (CID)
N2 - This talk will describe My Digital Life (TU100), a distance learning module that introduces computer science through immediate engagement with ubiquitous computing (ubicomp). This talk will describe some of the principles and concepts we have adopted for this modern computing introduction: the idea of the ‘informed digital citizen’; engagement through narrative; playful pedagogy; making the power of ubicomp available to novices; setting technical skills in real contexts. It will also trace how the pedagogy is informed by experiences and research in Computer Science education.
Y1 - 2013
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-65045
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 5
SP - 155
EP - 159
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Passig, David
A1 - Tzuriel, David
A1 - Kedmi, Ganit Eshel
T1 - Improving children’s Cognitive Modifiability through Mediated Learning and Dynamic Assessment within 3D Immersive Virtual Reality Environment
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - The objectives of this study were to examine (a) the effect
of dynamic assessment (DA) in a 3D Immersive Virtual Reality
(IVR) environment as compared with computerized 2D and noncomputerized
(NC) situations on cognitive modifiability, and (b) the
transfer effects of these conditions on more difficult problem solving
administered two weeks later in a non-computerized environment. A
sample of 117 children aged 6:6-9:0 years were randomly assigned
into three experimental groups of DA conditions: 3D, 2D, and NC, and
one control group (C). All groups received the pre- and post-teaching
Analogies subtest of the Cognitive Modifiability Battery (CMB-AN).
The experimental groups received a teaching phase in conditions similar
to the pre-and post-teaching phases. The findings showed that cognitive
modifiability, in a 3D IVR, was distinctively higher than in the two
other experimental groups (2D computer group and NC group). It was
also found that the 3D group showed significantly higher performance
in transfer problems than the 2D and NC groups.
KW - Dynamic assessment
KW - mediated learning experience
KW - cognitive modifiability
KW - analogical thinking
KW - virtual reality
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82705
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 235
EP - 252
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Or-Bach, Rachel
T1 - Programming for Non-Programmers
BT - Fostering Comprehension Capabilities by Employing a PRS
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - The study reported in this paper involved the employment
of specific in-class exercises using a Personal Response System (PRS).
These exercises were designed with two goals: to enhance students’
capabilities of tracing a given code and of explaining a given code in
natural language with some abstraction. The paper presents evidence
from the actual use of the PRS along with students’ subjective impressions
regarding both the use of the PRS and the special exercises. The
conclusions from the findings are followed with a short discussion on
benefits of PRS-based mental processing exercises for learning programming
and beyond.
KW - Novice programmers
KW - comprehension
KW - tracing
KW - personal response systems
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82875
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 335
EP - 342
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -
TY - JOUR
A1 - Opel, Simone
A1 - Kramer, Matthias
A1 - Trommen, Michael
A1 - Pottbäcker, Florian
A1 - Ilaghef, Youssef
T1 - BugHunt
BT - A Motivating Approach to Self-Directed Problem-solving in Operating Systems
JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT
N2 - Competencies related to operating systems and computer
security are usually taught systematically. In this paper we present
a different approach, in which students have to remove virus-like
behaviour on their respective computers, which has been induced by
software developed for this purpose. They have to develop appropriate
problem-solving strategies and thereby explore essential elements of
the operating system. The approach was implemented exemplarily in
two computer science courses at a regional general upper secondary
school and showed great motivation and interest in the participating
students.
KW - Educational software
KW - operating system
KW - student activation
KW - problem-solving
KW - interactive course
KW - interactive workshop
KW - edutainment
KW - secondary computer science education
Y1 - 2015
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82693
SN - 1868-0844
SN - 2191-1940
IS - 7
SP - 217
EP - 233
PB - Universitätsverlag Potsdam
CY - Potsdam
ER -