Institut für Informatik und Computational Science
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Institute
We address the problem of belief change in (nonmonotonic) logic programming under answer set semantics. Our formal techniques are analogous to those of distance-based belief revision in propositional logic. In particular, we build upon the model theory of logic programs furnished by SE interpretations, where an SE interpretation is a model of a logic program in the same way that a classical interpretation is a model of a propositional formula. Hence we extend techniques from the area of belief revision based on distance between models to belief change in logic programs.
We first consider belief revision: for logic programs P and Q, the goal is to determine a program R that corresponds to the revision of P by Q, denoted P * Q. We investigate several operators, including (logic program) expansion and two revision operators based on the distance between the SE models of logic programs. It proves to be the case that expansion is an interesting operator in its own right, unlike in classical belief revision where it is relatively uninteresting. Expansion and revision are shown to satisfy a suite of interesting properties; in particular, our revision operators satisfy all or nearly all of the AGM postulates for revision.
We next consider approaches for merging a set of logic programs, P-1,...,P-n. Again, our formal techniques are based on notions of relative distance between the SE models of the logic programs. Two approaches are examined. The first informally selects for each program P-i those models of P-i that vary the least from models of the other programs. The second approach informally selects those models of a program P-0 that are closest to the models of programs P-1,...,P-n. In this case, P-0 can be thought of as a set of database integrity constraints. We examine these operators with regards to how they satisfy relevant postulate sets.
Last, we present encodings for computing the revision as well as the merging of logic programs within the same logic programming framework. This gives rise to a direct implementation of our approach in terms of off-the-shelf answer set solvers. These encodings also reflect the fact that our change operators do not increase the complexity of the base formalism.
Dieser Beitrag stellt das Lehr-Lern-Konzept zur Kompetenzförderung im Software Engineering im Studiengang Mechatronik der Hochschule Aschaffenburg dar. Dieses Konzept ist mehrstufig mit Vorlesungs-, Seminar- und Projektsequenzen. Dabei werden Herausforderungen und Verbesserungspotentiale identifiziert und dargestellt. Abschließend wird ein Überblick gegeben, wie im Rahmen eines gerade gestarteten Forschungsprojektes Lehr-Lernkonzepte weiterentwickelt werden können.
Der traditionelle Weg in der Informatik besteht darin, Kompetenzen entweder normativ durch eine Expertengruppe festzulegen oder als Ableitungsergebnis eines Bildungsstandards aus einem externen Feld. Dieser Artikel stellt einen neuartigen und alternativen Ansatz vor, der sich der Methodik der Qualitativen Inhaltsanalyse (QI) bedient. Das Ziel war die Ableitung von informatischen Schlüsselkompetenzen anhand bereits etablierter und erprobter didaktischer Ansätze der Informatikdidaktik. Dazu wurde zunächst aus einer Reihe von Informatikdidaktikbüchern eine Liste mit möglichen Kandidaten für Kompetenzen generiert. Diese Liste wurde als QI-Kategoriensystem verwendet, mit der sechs verschiedene didaktische Ansätze analysiert wurden. Ein abschließender Verfeinerungsschritt erfolgte durch die Überprüfung, welche der gefundenen Kompetenzen in allen vier Kernbereichen der Informatik (theoretische, technische, praktische und angewandte Informatik) Anwendung finden. Diese Methode wurde für die informatische Schulausbildung exemplarisch entwickelt und umgesetzt, ist aber ebenfalls ein geeignetes Vorgehen für die Identifizierung von Schlüsselkompetenzen in anderen Gebieten, wie z. B. in der informatischen Hochschulausbildung, und soll deshalb hier kurz vorgestellt werden.
Informatik im Alltag
(2013)
Die Fachwissenschaft Informatik stellt Mittel bereit, deren Nutzung für Studierende heutzutage selbstverständlich ist. Diese Tatsache darf uns allerdings nicht dar- über hinwegtäuschen, dass Studierende in der Regel keine Grundlage im Sinne einer informatischen Allgemeinbildung gemäÿ der Bildungsstandards der Gesellschaft für Informatik besitzen. Das Schulfach Informatik hat immer noch keinen durchgängigen Platz in den Stundentafeln der allgemein bildenden Schule gefunden. Zukünftigen Lehrkräften ist im Rahmen der bildungswissenschaftlichen Anteile im Studium eine hinreichende Medienkompetenz zu vermitteln. Mit der überragenden Bedeutung der digitalen Medien kann dies nur auf der Grundlage einer ausreichenden informatischen Grundbildung erfolgen. Damit ist es angezeigt, ein Studienangebot bereitzustellen, das allen Studierenden ein Eintauchen in Elemente (Fachgebiete) der Fachwissenschaft Informatik aus der Sicht des Alltags bietet. An diesen Elementen werden exemplarisch verschiedene Aspekte der Fachwissenschaft beleuchtet, um einen Einblick in die Vielgestaltigkeit der Fragen und Lösungsstrategien der Informatik zu erlauben und so die informatische Grundbildung zu befördern.
Ein konstruktivistischer Lehransatz für die Einführungsveranstaltung der Theoretischen Informatik
(2013)
Ausgehend von einem sozial-konstruktivistischen Verständnis von Lernprozessen und unter der besonderen Berücksichtigung der durch die Bologna-Studienreform angeregten Kompetenzorientierung, haben wir in den letzten Jahren einen hochschuldidaktischen Ansatz für die Einführungsveranstaltung im Bereich der Theoretischen Informatik an der Universität Potsdam entwickelt und praktisch erprobt. Nach zahlreichen Experimenten und mit einer Durchfallquote von zuletzt 6% im Wintersemester 2011/2012 haben wir den Eindruck, dass der Ansatz den Studierenden jene Lernumgebung und -anregung bietet, die ihnen hilft, die entsprechenden Fachkompetenzen in der Veranstaltung zu entwickeln. In diesem Artikel stellen wir unseren Ansatz vor und skizzieren abschlieÿend, wie wir diesen im nächsten Wintersemester empirisch evaluieren werden.
Die vorliegende Arbeit erörtert die Frage, wie Nachwuchs für das Informatikstudium nachhaltig gesichert werden kann. Dazu werden Befragungen unter Schülerinnen und Schülern (13-16 Jahre), sowie aktuelle Informatik-Schnupperangebote für Schülerinnen und Schüler an deutschsprachigen Hochschulen vorgestellt und untersucht. Diese Gegenüberstellung zeigt deutlich, dass die Angebote nur bedingt eine breite Zielgruppe ansprechen und dass weitere Formate und Inhalte notwendig sind, um Schülerinnen und Schüler frühzeitig und in voller Breite zu erreichen und für das Informatikstudium zu begeistern. Daraus wird abgeleitet, dass Missverständnisse und Probleme mit der Informatik im Schulkontext aufgegriffen werden müssen. Das vorgestellte Programm Schulbotschafter Informatik stellt einen möglichen Weg dar, um dies zu erreichen und übliche Schnupperangebote zu ergänzen.
Durch den bundesweiten Rückgang der Schülerzahlen und einer steigenden Zahl von Bildungsangeboten geraten Universitäten und Hochschulen in den nächsten Jahren weiter in eine Wettbewerbssituation, weshalb sie effektive Marketingmaßnahmen entwickeln müssen, um Schülerinnen und Schüler möglichst frühzeitig für das jeweilige Angebot (z. B. Informatik- und informatiknahe Studiengänge) zu interessieren. Ein Medium, über das sich potenziell sehr viele Jugendliche erreichen lassen, sind dabei soziale Netzwerke. Diese Arbeit präsentiert Ergebnisse einer Studie unter Informatikstudienanfängerinnen und -anfängern zum Nutzungsverhalten sozialer Netzwerke und zieht Schlussfolgerungen zu deren Eignung als Werbe- und Informationskanal für die Zielgruppe der Informatikinteressierten.
Communicating location-specific information to pedestrians is a challenging task which can be aided by user-friendly digital technologies. In this paper, landmark visibility analysis, as a means for developing more usable pedestrian navigation systems, is discussed. Using an algorithmic framework for image-based 3D analysis, this method integrates a 3D city model with identified landmarks and produces raster visibility layers for each one. This output enables an Android phone prototype application to indicate the visibility of landmarks from the user's actual position. Tested in the field, the method achieves sufficient accuracy for the context of use and improves navigation efficiency and effectiveness.
If sites, cities, and landscapes are captured at different points in time using technology such as LiDAR, large collections of 3D point clouds result. Their efficient storage, processing, analysis, and presentation constitute a challenging task because of limited computation, memory, and time resources. In this work, we present an approach to detect changes in massive 3D point clouds based on an out-of-core spatial data structure that is designed to store data acquired at different points in time and to efficiently attribute 3D points with distance information. Based on this data structure, we present and evaluate different processing schemes optimized for performing the calculation on the CPU and GPU. In addition, we present a point-based rendering technique adapted for attributed 3D point clouds, to enable effective out-of-core real-time visualization of the computation results. Our approach enables conclusions to be drawn about temporal changes in large highly accurate 3D geodata sets of a captured area at reasonable preprocessing and rendering times. We evaluate our approach with two data sets from different points in time for the urban area of a city, describe its characteristics, and report on applications.
Deutsche Universitäten erweitern ihre E-Learning-Angebote als Service für die Studierenden und Lehrenden. Diese sind je nach Fakultät unterschiedlich ausgeprägt. Dieser Artikel zeigt, wie durch technische Erweiterung der Infrastruktur, einer Anpassung der Organisationsstruktur und einer gezielten Inhaltsentwicklung eine durchgängige und personalisierbare Lehr- und Lernumgebung (Personal Learning Environment, PLE) geschaffen und damit die Akzeptanz bei den Lehrenden und Studierenden für E-Learning erhöht werden kann. Aus der vorausgehenden, systematischen Anforderungsanalyse können Kennzahlen für die Qualitätssicherung von E-Learning-Angeboten abgeleitet werden.
Programmers make many changes to the program to eventually find a good solution for a given task. In this course of change, every intermediate development state can of value, when, for example, a promising ideas suddenly turn out inappropriate or the interplay of objects turns out more complex than initially expected before making changes. Programmers would benefit from tool support that provides immediate access to source code and run-time of previous development states of interest. We present IDE extensions, implemented for Squeak/Smalltalk, to preserve, retrieve, and work with this information. With such tool support, programmers can work without worries because they can rely on tools that help them with whatever their explorations will reveal. They no longer have to follow certain best practices only to avoid undesired consequences of changing code.
The concept of Linked Data has made its entrance in the cultural heritage sector due to its potential use for the integration of heterogeneous collections and deriving additional value out of existing metadata. However, practitioners and researchers alike need a better understanding of what outcome they can reasonably expect of the reconciliation process between their local metadata and established controlled vocabularies which are already a part of the Linked Data cloud. This paper offers an in-depth analysis of how a locally developed vocabulary can be successfully reconciled with the Library of Congress Subject Headings (LCSH) and the Arts and Architecture Thesaurus (AAT) through the help of a general-purpose tool for interactive data transformation (OpenRefine). Issues negatively affecting the reconciliation process are identified and solutions are proposed in order to derive maximum value from existing metadata and controlled vocabularies in an automated manner.
We introduce formal proof systems based on tableau methods for analyzing computations in Answer Set Programming (ASP). Our approach furnishes fine-grained instruments for characterizing operations as well as strategies of ASP solvers. The granularity is detailed enough to capture a variety of propagation and choice methods of algorithms used for ASP solving, also incorporating SAT-based and conflict-driven learning approaches to some extent. This provides us with a uniform setting for identifying and comparing fundamental properties of ASP solving approaches. In particular, we investigate their proof complexities and show that the run-times of best-case computations can vary exponentially between different existing ASP solvers. Apart from providing a framework for comparing ASP solving approaches, our characterizations also contribute to their understanding by pinning down the constitutive atomic operations. Furthermore, our framework is flexible enough to integrate new inference patterns, and so to study their relation to existing ones. To this end, we generalize our approach and provide an extensible basis aiming at a modular incorporation of additional language constructs. This is exemplified by augmenting our basic tableau methods with cardinality constraints and disjunctions.
Motivation: Logic modeling is a useful tool to study signal transduction across multiple pathways. Logic models can be generated by training a network containing the prior knowledge to phospho-proteomics data. The training can be performed using stochastic optimization procedures, but these are unable to guarantee a global optima or to report the complete family of feasible models. This, however, is essential to provide precise insight in the mechanisms underlaying signal transduction and generate reliable predictions.
Results: We propose the use of Answer Set Programming to explore exhaustively the space of feasible logic models. Toward this end, we have developed caspo, an open-source Python package that provides a powerful platform to learn and characterize logic models by leveraging the rich modeling language and solving technologies of Answer Set Programming. We illustrate the usefulness of caspo by revisiting a model of pro-growth and inflammatory pathways in liver cells. We show that, if experimental error is taken into account, there are thousands (11 700) of models compatible with the data. Despite the large number, we can extract structural features from the models, such as links that are always (or never) present or modules that appear in a mutual exclusive fashion. To further characterize this family of models, we investigate the input-output behavior of the models. We find 91 behaviors across the 11 700 models and we suggest new experiments to discriminate among them. Our results underscore the importance of characterizing in a global and exhaustive manner the family of feasible models, with important implications for experimental design.
Basic to information and communication technology design, simplicity as a driving concept receives little formal attention from the ICT community. A recent literature review and survey of scholars, researchers, and practitioners conducted through the Information Technology Simply Works (ITSy) European Support Action reveals key findings about current perceptions of and future directions for simplicity in ICT.
Proposing relevant perturbations to biological signaling networks is central to many problems in biology and medicine because it allows for enabling or disabling certain biological outcomes. In contrast to quantitative methods that permit fine-grained (kinetic) analysis, qualitative approaches allow for addressing large-scale networks. This is accomplished by more abstract representations such as logical networks. We elaborate upon such a qualitative approach aiming at the computation of minimal interventions in logical signaling networks relying on Kleene's three-valued logic and fixpoint semantics. We address this problem within answer set programming and show that it greatly outperforms previous work using dedicated algorithms.
This paper surveys the field of nonphotorealistic rendering (NPR), focusing on techniques for transforming 2D input (images and video) into artistically stylized renderings. We first present a taxonomy of the 2D NPR algorithms developed over the past two decades, structured according to the design characteristics and behavior of each technique. We then describe a chronology of development from the semiautomatic paint systems of the early nineties, through to the automated painterly rendering systems of the late nineties driven by image gradient analysis. Two complementary trends in the NPR literature are then addressed, with reference to our taxonomy. First, the fusion of higher level computer vision and NPR, illustrating the trends toward scene analysis to drive artistic abstraction and diversity of style. Second, the evolution of local processing approaches toward edge-aware filtering for real-time stylization of images and video. The survey then concludes with a discussion of open challenges for 2D NPR identified in recent NPR symposia, including topics such as user and aesthetic evaluation.