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Modeling and Formal Analysis of Meta-Ecosystems with Dynamic Structure using Graph Transformation
(2022)
The dynamics of ecosystems is of crucial importance. Various model-based approaches exist to understand and analyze their internal effects. In this paper, we model the space structure dynamics and ecological dynamics of meta-ecosystems using the formal technique of Graph Transformation (short GT). We build GT models to describe how a meta-ecosystem (modeled as a graph) can evolve over time (modeled by GT rules) and to analyze these GT models with respect to qualitative properties such as the existence of structural stabilities. As a case study, we build three GT models describing the space structure dynamics and ecological dynamics of three different savanna meta-ecosystems. The first GT model considers a savanna meta-ecosystem that is limited in space to two ecosystem patches, whereas the other two GT models consider two savanna meta-ecosystems that are unlimited in the number of ecosystem patches and only differ in one GT rule describing how the space structure of the meta-ecosystem grows. In the first two GT models, the space structure dynamics and ecological dynamics of the meta-ecosystem shows two main structural stabilities: the first one based on grassland-savanna-woodland transitions and the second one based on grassland-desert transitions. The transition between these two structural stabilities is driven by high-intensity fires affecting the tree components. In the third GT model, the GT rule for savanna regeneration induces desertification and therefore a collapse of the meta-ecosystem. We believe that GT models provide a complementary avenue to that of existing approaches to rigorously study ecological phenomena.
Cyber-physical systems often encompass complex concurrent behavior with timing constraints and probabilistic failures on demand. The analysis whether such systems with probabilistic timed behavior adhere to a given specification is essential. When the states of the system can be represented by graphs, the rule-based formalism of Probabilistic Timed Graph Transformation Systems (PTGTSs) can be used to suitably capture structure dynamics as well as probabilistic and timed behavior of the system. The model checking support for PTGTSs w.r.t. properties specified using Probabilistic Timed Computation Tree Logic (PTCTL) has been already presented. Moreover, for timed graph-based runtime monitoring, Metric Temporal Graph Logic (MTGL) has been developed for stating metric temporal properties on identified subgraphs and their structural changes over time.
In this paper, we (a) extend MTGL to the Probabilistic Metric Temporal Graph Logic (PMTGL) by allowing for the specification of probabilistic properties, (b) adapt our MTGL satisfaction checking approach to PTGTSs, and (c) combine the approaches for PTCTL model checking and MTGL satisfaction checking to obtain a Bounded Model Checking (BMC) approach for PMTGL. In our evaluation, we apply an implementation of our BMC approach in AutoGraph to a running example.
The analysis of behavioral models such as Graph Transformation Systems (GTSs) is of central importance in model-driven engineering. However, GTSs often result in intractably large or even infinite state spaces and may be equipped with multiple or even infinitely many start graphs. To mitigate these problems, static analysis techniques based on finite symbolic representations of sets of states or paths thereof have been devised. We focus on the technique of k-induction for establishing invariants specified using graph conditions. To this end, k-induction generates symbolic paths backwards from a symbolic state representing a violation of a candidate invariant to gather information on how that violation could have been reached possibly obtaining contradictions to assumed invariants. However, GTSs where multiple agents regularly perform actions independently from each other cannot be analyzed using this technique as of now as the independence among backward steps may prevent the gathering of relevant knowledge altogether.
In this paper, we extend k-induction to GTSs with multiple agents thereby supporting a wide range of additional GTSs. As a running example, we consider an unbounded number of shuttles driving on a large-scale track topology, which adjust their velocity to speed limits to avoid derailing. As central contribution, we develop pruning techniques based on causality and independence among backward steps and verify that k-induction remains sound under this adaptation as well as terminates in cases where it did not terminate before.
Schulpraktika bilden die zentrale Grundlage der Lehrerbildung in Potsdam. Bereits im Potsdamer Modell der Lehrerbildung (1993) sind sie festgehalten, seit der Integration des Schulpraktikums (Praxissemesters) 2008 absolvieren alle Potsdamer Lehramtsstudierenden fünf Pflichtpraktika. Während die Ziele der Praktika klar beschrieben sind, sind die tatsächlichen Lernerfolge nicht immer klar – ebenso wenig, wie die Begleitung der Praktika aussehen muss, um die Studierenden bestmöglich zu unterstützen. Auch die Integration in weitere Lehrveranstaltungen des Studiums ist ein noch offenes Feld, das weiterer Betrachtung verdient. Die unterschiedliche Ausrichtung der Potsdamer Praktika, Perspektivwechsel im Orientierungs-/Integriertem Eingangspraktikum, Selbstreflektion im Praktikum in pädagogisch-psychologischen Handlungsfeldern, Unterricht als Profession in den Fachdidaktischen Tagespraktika, Anwendung von Diagnostik im psychodiagnostischen Praktikum und die Synthese all dessen im Schulpraktikum, bieten dafür zahlreiche Ansatzpunkte.
Schulpraktika sind nicht nur ein zentraler und von Studierenden hoch geschätzter Bestandteil des Studiums, sondern werden auch zunehmend für die Bildungsforschung interessant. Fragen nach der Kompetenzentwicklung, Selbsteinschätzungen und der Entwicklung der Reflexionsfähigkeit von Studierenden stehen dabei ebenso im Fokus wie die Einschätzung der universitären Begleitung und der Einbindung ins weitere Studium.
Der vorliegende Band versammelt Studien von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Potsdam, die die fünf Pflichtpraktika im Lehramtsstudium unter unterschiedlichen Blickwinkel beforschen. Besonders hervorzuheben ist, dass die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus unterschiedlichen Disziplinen stammen und somit die Praktika mit verschiedenen Instrumenten und aus unterschiedlichen Blickwinkeln betrachten. Die präsentierten Ergebnisse bilden eine gute Grundlage, um die Praktika in Potsdam und an anderen Standorten weiterzuentwickeln.
openHPI
(2022)
Anlässlich des 10-jährigen Jubiläums von openHPI informiert dieser technische Bericht über die HPI-MOOC-Plattform einschließlich ihrer Kernfunktionen, Technologie und Architektur.
In einer Einleitung wird die Plattformfamilie mit allen Partnerplattformen vorgestellt; diese belaufen sich inklusive openHPI aktuell auf neun Plattformen. In diesem Abschnitt wird außerdem gezeigt, wie openHPI als Berater und Forschungspartner in verschiedenen Projekten fungiert.
Im zweiten Kapitel werden die Funktionalitäten und gängigen Kursformate der Plattform präsentiert. Die Funktionalitäten sind in Lerner- und Admin-Funktionen unterteilt. Der Bereich Lernerfunktionen bietet detaillierte Informationen zu Leistungsnachweisen, Kursen und den Lernmaterialien, aus denen sich ein Kurs zusammensetzt: Videos, Texte und Quiz. Darüber hinaus können die Lernmaterialien durch externe Übungstools angereichert werden, die über den Standard Learning Tools Interoperability (LTI) mit der HPI MOOC-Plattform kommunizieren. Das Konzept der Peer-Assessments rundet die möglichen Lernmaterialien ab.
Der Abschnitt geht dann weiter auf das Diskussionsforum ein, das einen grundlegenden Unterschied von MOOCs im Vergleich zu traditionellen E-Learning-Angeboten darstellt. Zum Abschluss des Abschnitts folgen eine Beschreibung von Quiz-Recap, Lernzielen, mobilen Anwendungen, spielerischen Lernens und dem Helpdesk.
Der nächste Teil dieses Kapitels beschäftigt sich mit den Admin-Funktionen. Die Funktionalitätsbeschreibung beschränkt sich Neuigkeiten und Ankündigungen, Dashboards und Statistiken, Berichtsfunktionen, Forschungsoptionen mit A/B-Tests, den Kurs-Feed und das TransPipe-Tool zur Unterstützung beim Erstellen von automatischen oder manuellen Untertiteln. Die Plattform unterstützt außerdem eine Vielzahl zusätzlicher Funktionen, doch eine detaillierte Beschreibung dieser Funktionen würde den Rahmen des Berichts sprengen.
Das Kapitel geht dann auf gängige Kursformate und openHPI-Lehrveranstaltungen am HPI ein, bevor es mit einigen Best Practices für die Gestaltung und Durchführung von Kursen schließt.
Zum Abschluss des technischen Berichts gibt das letzte Kapitel eine Zusammenfassung und einen Ausblick auf die Zukunft der digitalen Bildung.
Ein besonderes Merkmal des openHPI-Projekts ist die bewusste Entscheidung, die komplette Anwendung von den physischen Netzwerkkomponenten bis zur Plattformentwicklung eigenständig zu betreiben. Bei der vorliegenden deutschen Variante handelt es sich um eine gekürzte Übersetzung des technischen Berichts 148, bei der kein Einblick in die Technologien und Architektur von openHPI gegeben wird. Interessierte Leser:innen können im technischen Bericht 148 (vollständige englische Version) detaillierte Informationen zum Rechenzentrum und den Geräten, der Cloud-Software und dem openHPI Cloud Service aber auch zu Infrastruktur-Anwendungskomponenten wie Entwicklungstools, Automatisierung, Deployment-Pipeline und Monitoring erhalten. Außerdem finden sich dort weitere Informationen über den Technologiestack und konkrete Implementierungsdetails der Plattform inklusive der serviceorientierten Ruby on Rails-Anwendung, die Kommunikation zwischen den Diensten, öffentliche APIs, sowie Designsystem und -komponenten. Der Abschnitt schließt mit einer Diskussion über die ursprüngliche Microservice-Architektur und die Migration zu einer monolithischen Anwendung.
openHPI
(2022)
On the occasion of the 10th openHPI anniversary, this technical report provides information about the HPI MOOC platform, including its core features, technology, and architecture.
In an introduction, the platform family with all partner platforms is presented; these now amount to nine platforms, including openHPI. This section introduces openHPI as an advisor and research partner in various projects.
In the second chapter, the functionalities and common course formats of the platform are presented. The functionalities are divided into learner and admin features. The learner features section provides detailed information about performance records, courses, and the learning materials of which a course is composed: videos, texts, and quizzes. In addition, the learning materials can be enriched by adding external exercise tools that communicate with the HPI MOOC platform via the Learning Tools Interoperability (LTI) standard. Furthermore, the concept of peer assessments completed the possible learning materials.
The section then proceeds with further information on the discussion forum, a fundamental concept of MOOCs compared to traditional e-learning offers. The section is concluded with a description of the quiz recap, learning objectives, mobile applications, gameful learning, and the help desk.
The next part of this chapter deals with the admin features. The described functionality is restricted to describing the news and announcements, dashboards and statistics, reporting capabilities, research options with A/B testing, the course feed, and the TransPipe tool to support the process of creating automated or manual subtitles. The platform supports a large variety of additional features, but a detailed description of these features goes beyond the scope of this report.
The chapter then elaborates on common course formats and openHPI teaching activities at the HPI. The chapter concludes with some best practices for course design and delivery.
The third chapter provides insights into the technology and architecture behind openHPI. A special characteristic of the openHPI project is the conscious decision to operate the complete application from bare metal to platform development. Hence, the chapter starts with a section about the openHPI Cloud, including detailed information about the data center and devices, the used cloud software OpenStack and Ceph, as well as the openHPI Cloud Service provided for the HPI.
Afterward, a section on the application technology stack and development tooling describes the application infrastructure components, the used automation, the deployment pipeline, and the tools used for monitoring and alerting. The chapter is concluded with detailed information about the technology stack and concrete platform implementation details. The section describes the service-oriented Ruby on Rails application, inter-service communication, and public APIs. It also provides more information on the design system and components used in the application. The section concludes with a discussion of the original microservice architecture, where we share our insights and reasoning for migrating back to a monolithic application.
The last chapter provides a summary and an outlook on the future of digital education.
Kaum einem anderen Unterrichtsfach ist das Fachübergreifende so immanent wie dem Fach Musik, das durch seine Themen- und Inhaltsfelder vielfältige Bezüge zu anderen Fächern und Wissenschaftsdisziplinen aufweist. Dennoch lässt sich bezüglich der Literatur- und Forschungslage konstatieren, dass zwar theoretische Ansätze und Modelle für einen fachübergreifenden Musikunterricht existieren, sich die musikpädagogische Forschung jedoch mit dem fachübergreifenden Musikunterricht und dessen Umsetzung durch die Musiklehrkräfte noch nicht befasst hat. Auch die Zahl der praxisbezogenen Publikationen für einen fachübergreifenden Musikunterricht ist überschaubar, ebenso das Fortbildungsangebot für Musiklehrende.
Aus diesem Grund widmet sich der vorliegende Band 9 der „Potsdamer Schriftenreihe zur Musikpädagogik“ dem Thema „Fachübergreifender Musikunterricht“ aus verschiedenen Perspektiven. Zum einen bilden die derzeit aktuellen theoretischen Grundlagen eine wichtige Basis. Zum anderen fließen auch ausbildungsrelevante und methodische Aspekte zur Umsetzung eines fachübergreifenden Musikunterrichts in die Texte ein. In bewährter Tradition der Schriftenreihe werden dabei sowohl Beiträge von Lehrenden am Lehrstuhl für Musikpädagogik und Musikdidaktik der Universität Potsdam als auch von Studierenden sowie von Kooperationspartnern des Lehrstuhls in der Musiklehrer*innenbildung berücksichtigt. Ziel ist es, auf der Basis verschiedener theoretischer Ansätze Umsetzungsmöglichkeiten eines fachübergreifenden Musikunterrichts als Beitrag zum Erreichen der im Teil B des Rahmenlehrplans für Berlin und Brandenburg angeführten fachübergreifenden Kompetenzziele aufzuzeigen.
Scrollytellings are an innovative form of web content. Combining the benefits of books, images, movies, and video games, they are a tool to tell compelling stories and provide excellent learning opportunities. Due to their multi-modality, creating high-quality scrollytellings is not an easy task. Different professions, such as content designers, graphics designers, and developers, need to collaborate to get the best out of the possibilities the scrollytelling format provides. Collaboration unlocks great potential. However, content designers cannot create scrollytellings directly and always need to consult with developers to implement their vision. This can result in misunderstandings. Often, the resulting scrollytelling will not match the designer’s vision sufficiently, causing unnecessary iterations. Our project partner Typeshift specializes in the creation of individualized scrollytellings for their clients. Examined existing solutions for authoring interactive content are not optimally suited for creating highly customized scrollytellings while still being able to manipulate all their elements programmatically. Based on their experience and expertise, we developed an editor to author scrollytellings in the lively.next live-programming environment. In this environment, a graphical user interface for content design is combined with powerful possibilities for programming behavior with the morphic system. The editor allows content designers to take on large parts of the creation process of scrollytellings on their own, such as creating the visible elements, animating content, and fine-tuning the scrollytelling. Hence, developers can focus on interactive elements such as simulations and games. Together with Typeshift, we evaluated the tool by recreating an existing scrollytelling and identified possible future enhancements. Our editor streamlines the creation process of scrollytellings. Content designers and developers can now both work on the same scrollytelling. Due to the editor inside of the lively.next environment, they can both work with a set of tools familiar to them and their traits. Thus, we mitigate unnecessary iterations and misunderstandings by enabling content designers to realize large parts of their vision of a scrollytelling on their own. Developers can add advanced and individual behavior. Thus, developers and content designers benefit from a clearer distribution of tasks while keeping the benefits of collaboration.
Language developers who design domain-specific languages or new language features need a way to make fast changes to language definitions. Those fast changes require immediate feedback. Also, it should be possible to parse the developed languages quickly to handle extensive sets of code.
Parsing expression grammars provides an easy to understand method for language definitions. Packrat parsing is a method to parse grammars of this kind, but this method is unable to handle left-recursion properly. Existing solutions either partially rewrite left-recursive rules and partly forbid them, or use complex extensions to packrat parsing that are hard to understand and cost-intensive. We investigated methods to make parsing as fast as possible, using easy to follow algorithms while not losing the ability to make fast changes to grammars.
We focused our efforts on two approaches.
One is to start from an existing technique for limited left-recursion rewriting and enhance it to work for general left-recursive grammars. The second approach is to design a grammar compilation process to find left-recursion before parsing, and in this way, reduce computational costs wherever possible and generate ready to use parser classes.
Rewriting parsing expression grammars is a task that, if done in a general way, unveils a large number of cases such that any rewriting algorithm surpasses the complexity of other left-recursive parsing algorithms. Lookahead operators introduce this complexity. However, most languages have only little portions that are left-recursive and in virtually all cases, have no indirect or hidden left-recursion. This means that the distinction of left-recursive parts of grammars from components that are non-left-recursive holds great improvement potential for existing parsers.
In this report, we list all the required steps for grammar rewriting to handle left-recursion, including grammar analysis, grammar rewriting itself, and syntax tree restructuring. Also, we describe the implementation of a parsing expression grammar framework in Squeak/Smalltalk and the possible interactions with the already existing parser Ohm/S. We quantitatively benchmarked this framework directing our focus on parsing time and the ability to use it in a live programming context. Compared with Ohm, we achieved massive parsing time improvements while preserving the ability to use our parser it as a live programming tool.
The work is essential because, for one, we outlined the difficulties and complexity that come with grammar rewriting. Also, we removed the existing limitations that came with left-recursion by eliminating them before parsing.
Durch den demographischen Wandel wird das Erwerbspersonenpotential und damit die Anzahl erwerbstätiger Personen, insbesondere die Zahl der Fachkräfte in den kommen-den Jahren in Deutschland zurückgehen. Aufgrund dessen wird es für Arbeitgeber zukünftig schwieriger werden, qualifizierten Nachwuchs zu finden. Aufgrund seiner Alterstruktur und der zunehmenden Arbeitsverdichtung ist der öffentliche Dienst, sowie der Teilbereich der öffentlichen Verwaltung, stärker als andere Arbeitgeber mit der Notwendigkeit konfrontiert, mittelfristig externes Personal zu rekrutieren. In Anbetracht dessen ging die Arbeit der Frage nach, inwieweit die öffentliche Verwaltung das hierfür geeignete, innovative Instrument des Social - Media - Personalmarketings bereits imple-mentiert hat und wie sich das ermittelte Ergebnis erklären lässt. Hinsichtlich der aktuellen Anwendung konnte festgestellt werden, dass Social - Media - Personalmarketing erst vor Kurzem in der öffentlichen Verwaltung implementiert wurde und aufgrund dessen gegenwärtig primär zur operativen Personalgewinnung genutzt wird. Als erklärende Einflussfaktoren konnten im Rahmen einer empirischen Untersuchung die mangelnde Relevanz des Personalmarketings als Aufgabe der öffentlichen Verwaltung, der aktuelle Per-sonalbestand und dessen digitale Kompetenzen, sowie die hierarchisch geprägten Kommunikationswege innerhalb der öffentlichen Verwaltung ermittelt werden. Mit Ausnahme der Kommunikationswege decken die Faktoren sich mit denen der Privatwirtschaft. Die öffentliche Verwaltung ist dazu angehalten, den aktuellen Ausprägungsgrad der Amtshierarchie kritisch zu hinterfragen, um das volle Potential des Social - Media - Personalmarketings zukünftig zu heben.
These days design thinking is no longer a “new approach”. Among practitioners, as well as academics, interest in the topic has gathered pace over the last two decades. However, opinions are divided over the longevity of the phenomenon: whether design thinking is merely “old wine in new bottles,” a passing trend, or still evolving as it is being spread to an increasing number of organizations and industries. Despite its growing relevance and the diffusion of design thinking, knowledge on the actual status quo in organizations remains scarce. With a new study, the research team of Prof. Uebernickel and Stefanie Gerken investigates temporal developments and changes in design thinking practices in organizations over the past six years comparing the results of the 2015 “Parts without a whole” study with current practices and future developments. Companies of all sizes and from different parts of the world participated in the survey. The findings from qualitative interviews with experts, i.e., people who have years of knowledge with design thinking, were cross-checked with the results from an exploratory analysis of the survey data. This analysis uncovers significant variances and similarities in how design thinking is interpreted and applied in businesses.
Digitale Medien sind aus unserem Alltag kaum noch wegzudenken. Einer der zentralsten Bereiche für unsere Gesellschaft, die schulische Bildung, darf hier nicht hintanstehen. Wann immer der Einsatz digital unterstützter Tools pädagogisch sinnvoll ist, muss dieser in einem sicheren Rahmen ermöglicht werden können. Die HPI Schul-Cloud ist dieser Vision gefolgt, die vom Nationalen IT-Gipfel 2016 angestoßen wurde und dem Bericht vorangestellt ist – gefolgt. Sie hat sich in den vergangenen fünf Jahren vom Pilotprojekt zur unverzichtbaren IT-Infrastruktur für zahlreiche Schulen entwickelt. Während der Corona-Pandemie hat sie für viele Tausend Schulen wichtige Unterstützung bei der Umsetzung ihres Bildungsauftrags geboten. Das Ziel, eine zukunftssichere und datenschutzkonforme Infrastruktur zur digitalen Unterstützung des Unterrichts zur Verfügung zu stellen, hat sie damit mehr als erreicht. Aktuell greifen rund 1,4 Millionen Lehrkräfte und Schülerinnen und Schüler bundesweit und an den deutschen Auslandsschulen auf die HPI Schul-Cloud zu.
The analysis of behavioral models is of high importance for cyber-physical systems, as the systems often encompass complex behavior based on e.g. concurrent components with mutual exclusion or probabilistic failures on demand. The rule-based formalism of probabilistic timed graph transformation systems is a suitable choice when the models representing states of the system can be understood as graphs and timed and probabilistic behavior is important. However, model checking PTGTSs is limited to systems with rather small state spaces.
We present an approach for the analysis of large scale systems modeled as probabilistic timed graph transformation systems by systematically decomposing their state spaces into manageable fragments. To obtain qualitative and quantitative analysis results for a large scale system, we verify that results obtained for its fragments serve as overapproximations for the corresponding results of the large scale system. Hence, our approach allows for the detection of violations of qualitative and quantitative safety properties for the large scale system under analysis. We consider a running example in which we model shuttles driving on tracks of a large scale topology and for which we verify that shuttles never collide and are unlikely to execute emergency brakes. In our evaluation, we apply an implementation of our approach to the running example.
In a democracy, a constitutional separation of powers between the executive and the assembly may be desirable, but the constitutional concentration of executive power in a single human being is not. The book defends this thesis and explores ‘semi-parliamentary government’ as an alternative to presidential government. Semi-parliamentarism avoids power concentration in one person by shifting the separation of powers into the democratic assembly. The executive becomes fused with only one part of the assembly, even though the other part has at least equal democratic legitimacy and robust veto power on ordinary legislation. The book identifies the Australian Commonwealth and Japan, as well as the Australian states of New South Wales, South Australia, Tasmania, Victoria, and Western Australia, as semi-parliamentary systems. Using data from 23 countries and 6 Australian states, it maps how parliamentary and semi-parliamentary systems balance competing visions of democracy; it analyzes patterns of electoral and party systems, cabinet formation, legislative coalition-building, and constitutional reforms; it systematically compares the semi-parliamentary and presidential separation of powers; and it develops new and innovative semi-parliamentary designs, some of which do not require two separate chambers.
Hier geblieben?
(2022)
Die historische Forschung hat seit längerem herausgearbeitet, dass Migration nichts von einer Norm Abweichendes ist, sondern vielmehr ein »konstitutives Element der Menschheitsgeschichte« (J. Oltmer), der Mensch mithin stets ein »homo migrans« (K.-J. Bade) war. Auch die Geschichte Brandenburgs wurde seit jeher von Einwanderungsprozessen geprägt. Von »Toleranz« im modernen Sinne kann freilich keine Rede sein, sondern meistens ging es um ökonomisch nutzbringende Aufnahme bestimmter Gruppen. Sehr oft waren die Ansiedlungen aber auch das Ergebnis von Flucht, Vertreibung und kriegerischer Gewalt. Der vorliegende Band zeigt anhand von Beispielen vom frühen Mittelalter bis zur Gegenwart die Bedeutung der Zuwanderung für Brandenburg auf. Der Bogen reicht von der slawischen Einwanderung des 8./9. Jahrhunderts bis zur Ankunft russisch-jüdischer »Kontingentflüchtlinge« im Gefolge der deutschen Wiedervereinigung, von Niederländern, Juden, Hugenotten, Revolutionsflüchtlingen in der Frühen Neuzeit bis hin zu Muslimen, Zwangsarbeitern, Vertriebenen und DDR-»Fremdarbeitern« im 20. Jahrhundert – eine Geschichte der Vielfalt des brandenburgischen Raumes und seiner Bevölkerung im Spiegel der Zuwanderung.
The formal modeling and analysis is of crucial importance for software development processes following the model based approach. We present the formalism of Interval Probabilistic Timed Graph Transformation Systems (IPTGTSs) as a high-level modeling language. This language supports structure dynamics (based on graph transformation), timed behavior (based on clocks, guards, resets, and invariants as in Timed Automata (TA)), and interval probabilistic behavior (based on Discrete Interval Probability Distributions). That is, for the probabilistic behavior, the modeler using IPTGTSs does not need to provide precise probabilities, which are often impossible to obtain, but rather provides a probability range instead from which a precise probability is chosen nondeterministically. In fact, this feature on capturing probabilistic behavior distinguishes IPTGTSs from Probabilistic Timed Graph Transformation Systems (PTGTSs) presented earlier.
Following earlier work on Interval Probabilistic Timed Automata (IPTA) and PTGTSs, we also provide an analysis tool chain for IPTGTSs based on inter-formalism transformations. In particular, we provide in our tool AutoGraph a translation of IPTGTSs to IPTA and rely on a mapping of IPTA to Probabilistic Timed Automata (PTA) to allow for the usage of the Prism model checker. The tool Prism can then be used to analyze the resulting PTA w.r.t. probabilistic real-time queries asking for worst-case and best-case probabilities to reach a certain set of target states in a given amount of time.
Welche Eigenschaften machen das Computerspiel zum geeigneten Medium, das den pädagogischen Einsatz im Unterricht bereichern kann? Welche Computerspiele bieten welche Möglichkeiten zur Auseinandersetzung mit welchen Themen? Wie kann das Computerspiel auch im schulischen Umfeld den für den Lernprozess so wichtigen Lebensweltbezug herstellen?
Diese und viele weitere Fragen beantworten die Autor*innen des Bandes „Didaktik des digitalen Spielens“. Dafür begeben sie sich in einen Dialog der Wissenschaftsdisziplinen, leiten Möglichkeiten zum Einsatz von Computerspielen ab und werten Erfahrungen mit dem Einsatz von Computerspielen – auch in der Lehrendenbildung – aus. Mit ihren verschiedenen Zugängen zu Fragestellungen rund um eine „Didaktik des digitalen Spielens“ liefern sie einen Beitrag zu einem Diskurs, der besonders in Zeiten von Distanzunterricht notwendig und folgerichtig geführt werden muss. Die im Rahmen der gleichnamigen interdisziplinären Ringvorlesung im Wintersemester 2018/19 an der Universität Potsdam gehaltenen Vorträge sind durch die Diskussionen mit Studierenden geprägt und ausgewertet worden, so dass sie in der nun veröffentlichten Form auf mehreren Ebenen einen mehrperspektivischen Blick auf den Gegenstand „Computerspiel im Unterricht“ legen.
In recent years, computer vision algorithms based on machine learning have seen rapid development. In the past, research mostly focused on solving computer vision problems such as image classification or object detection on images displaying natural scenes. Nowadays other fields such as the field of cultural heritage, where an abundance of data is available, also get into the focus of research. In the line of current research endeavours, we collaborated with the Getty Research Institute which provided us with a challenging dataset, containing images of paintings and drawings. In this technical report, we present the results of the seminar "Deep Learning for Computer Vision". In this seminar, students of the Hasso Plattner Institute evaluated state-of-the-art approaches for image classification, object detection and image recognition on the dataset of the Getty Research Institute. The main challenge when applying modern computer vision methods to the available data is the availability of annotated training data, as the dataset provided by the Getty Research Institute does not contain a sufficient amount of annotated samples for the training of deep neural networks. However, throughout the report we show that it is possible to achieve satisfying to very good results, when using further publicly available datasets, such as the WikiArt dataset, for the training of machine learning models.
The noble way to substantiate decisions that affect many people is to ask these people for their opinions. For governments that run whole countries, this means asking all citizens for their views to consider their situations and needs.
Organizations such as Africa's Voices Foundation, who want to facilitate communication between decision-makers and citizens of a country, have difficulty mediating between these groups. To enable understanding, statements need to be summarized and visualized. Accomplishing these goals in a way that does justice to the citizens' voices and situations proves challenging. Standard charts do not help this cause as they fail to create empathy for the people behind their graphical abstractions. Furthermore, these charts do not create trust in the data they are representing as there is no way to see or navigate back to the underlying code and the original data. To fulfill these functions, visualizations would highly benefit from interactions to explore the displayed data, which standard charts often only limitedly provide.
To help improve the understanding of people's voices, we developed and categorized 80 ideas for new visualizations, new interactions, and better connections between different charts, which we present in this report. From those ideas, we implemented 10 prototypes and two systems that integrate different visualizations. We show that this integration allows consistent appearance and behavior of visualizations. The visualizations all share the same main concept: representing each individual with a single dot. To realize this idea, we discuss technologies that efficiently allow the rendering of a large number of these dots. With these visualizations, direct interactions with representations of individuals are achievable by clicking on them or by dragging a selection around them. This direct interaction is only possible with a bidirectional connection from the visualization to the data it displays. We discuss different strategies for bidirectional mappings and the trade-offs involved. Having unified behavior across visualizations enhances exploration. For our prototypes, that includes grouping, filtering, highlighting, and coloring of dots. Our prototyping work was enabled by the development environment Lively4. We explain which parts of Lively4 facilitated our prototyping process. Finally, we evaluate our approach to domain problems and our developed visualization concepts.
Our work provides inspiration and a starting point for visualization development in this domain. Our visualizations can improve communication between citizens and their government and motivate empathetic decisions. Our approach, combining low-level entities to create visualizations, provides value to an explorative and empathetic workflow. We show that the design space for visualizing this kind of data has a lot of potential and that it is possible to combine qualitative and quantitative approaches to data analysis.
Angesichts neuer globaler Herausforderungen gehört eine starke kommunale Ebene zu den Grundvoraussetzungen gesellschaftlicher Problemlösungsfähigkeit. Die Stärkung kommunaler Selbstverwaltung ist daher ein wichtiges institutionen- und verwaltungspolitisches Zukunftsthema, zu welchem die vorliegende Studie einen Beitrag leisten möchte.