D01 (2000) - Ausgezeichnete Informatikdissertationen
Dorothea Wagner et al. (Hrsg.)
(in deutsch)
GI-Edition - Lecture Notes in Informatics (LNI), D-1
Bonner Köllen Verlag (2001)
ISBN 3-88579-405-5
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Neueste Veröffentlichungen
- TextdokumentEine interaktive Robotersteuerung für chirurigsche Applikationen(Ausgezeichnete Informatikdissertationen 2000, 2003) Hein, AndreasIn diesem Beitrag wird die Steuerungsarchitektur eines Robotersystems für chirurgische Applikationen, ein Regelungsalgorithmus und eine Anwendung des Systems vorgestellt. Im Gegensatz zu anderen Anwendungsgebieten müssen chirurgische Robotersysteme mit einem Chirurgen kooperieren anstatt eine Aufgabe automatisch auszuführen. Die vorgestellte Architektur ermöglicht die sichere gemeinsame Ausführung von chirurgischen Eingriffen, bei denen die Erhöhung der Genauigkeit klinisch notwendig ist. Der vorgestellte Regleralgorithmus ermöglicht die neuartige interaktive Führung des Roboters. Das System wurde zum exakten Bohren am Schädel klinisch eingesetzt.
- TextdokumentKonzepte für eine persistente Programmiersprache(Ausgezeichnete Informatikdissertationen 2000, 2003) Schlegelmilch, JürgenDatenbanken speichern Daten, und mit Programmiersprachen kann man Anwendungen schreiben, die diese Daten manipulieren. Die Datenmodelle und Verarbeitungsparadigma beider Gebiete weichen aber stark von einander ab; dieser Umstand wird "impedance mismatch" genannt. Auch die Objektorientierung schließt diese Lücke nicht: Die Klassifikation von Objekten ist zu unflexibel fr die langfristige Speicherung, Konsistenzsicherung und Transaktionen werden kaum unterstützt und Optimierung nicht betrachtet. In dieser Arbeit stellen wir eine Menge von Konzepten vor, die diese Probleme überwindet und dabei sowohl den Anforderungen aus dem Datenbankbereich nach Mengenorientierung, Konsistenz , Flexibilität und Transaktionen als auch denen für Programmiersprachen nach Einfachheit, Typsicherheit, Modularisierung und Wiederverwendbarkeit gerecht wird.
- TextdokumentIdentifikation eines vereinigten Modells für Ventilationsmechanik und Gasaustausch bei maschineller Beatmung(Ausgezeichnete Informatikdissertationen 2000, 2003) Winkler, TiloDie Identifikation von Ventilationsmechanik und Gasaustausch mit einem vereinigten Modell liefert für die beiden wichtigsten Klassen von Modellen zur Beschreibung physiologischer und pathologischer Eigenschaften der Lungen erstmals konsistente patientenspezifische Parameter. Dies ist sowohl für die medizinische Grundlagenforschung als auch für die Weiterentwicklung computergestützter Systeme zur Einstellung der Beatmung von Bedeutung. Die erkenntnistheoretischen Aspekte sind darüber hinaus für die Modellierung und Identifikation generell von Bedeutung. Die Identifikation des multiplen Modells basiert auf drei Schritten: 1) Ventilationsmechanik: Identifikation von Modellen mit diskreter oder kontinuierlicher Zeit, unter Nutzung von Methoden zur Identifikation dynamischer Systeme, 2) anatomischer Totraum: die neuentwickelte Methode beruht auf einer Transformation des Kapnogramms, 3) Perfusionsverteilung: die Simulation des Gasaustauschs mit dem vereinigten Modell ermöglicht die iterative Bestimmung dieser Parameter.
- TextdokumentAlgorithmische Strategien für anwendbare reelle Quantorenelimination(Ausgezeichnete Informatikdissertationen 2000, 2003) Dolzmann, AndreasEines der bedeutendsten Verfahren zur reellen Quantorenelimination ist die Quantorenelimination mittels virtueller Substitution, die von Weispfenning 1988 eingeführt wurde. In der vorliegenden Arbeit werden zahlreiche algorithmische Strategien zur Optimierung dieses Verfahrens präsentiert. Optimierungsziele der Arbeit waren dabei die tatsächliche Laufzeit der Implementierung des Algorithmus sowie die Größe der Ausgabeformel. Zur Optimierung werden dabei die Simplifikation von Formeln erster Stufe, die Reduktion der Größe der Eliminationsmenge sowie das Condensing, ein Ersatz für die virtuelle Substitution, untersucht. Lokale Quantorenelimination berechnet Formeln, die nur in der Nähe eines gegebenen Punktes äquivalent zur Eingabeformel ist. Diese Einschränkung erlaubt es, das Verfahren weiter zu verbessern. Als Anwendung des Eliminationsverfahren diskutieren wir abschließend, wie man eine große Klasse von Schedulingproblemen mittels reeller Quantorenelimination lösen kann. In diesem Fall benutzen wir die spezielle Struktur der Eingabeformel und zusätzliche Informationen über das Schedulingproblem, um die Quantorenelimination mittels virtueller Substitution problemspezifisch zu optimieren.
- TextdokumentEfficient Object-Based Hierarchical Radiosity Methods(Ausgezeichnete Informatikdissertationen 2000, 2003) Schäfer, StephanEines der Schwerpunktthemen in der Computergraphik ist die effiziente Erzeugung von fotorealistischen Bildern. Im Gegensatz zur einfachen Bilderzeugung, die bereits durch gängige 3D-Grafikhardware unterstützt wird, gehorcht die fotorealistische Bildsynthese physikalischen Gesetzen, die die Lichtausbreitung innerhalb einer bestimmten Umgebung beschreiben. Durch die Simulation der Energieausbreitung in einer dreidimensionalen Szene können globale Effekte wie Schatten und mehrfache Reflektionen wirklichkeitstreu dargestellt werden. Die hierarchische Radiositymethode (Hierarchical Radiosity) ist eine Möglichkeit, um die globale Beleuchtung innerhalb einer Szene zu berechnen. Da diese Methode auf die Verwendung von rein diffus reflektierenden Oberflächen beschränkt ist, sind damit errechnete Lösungen blickwinkelunabhängig und lassen sich in Echtzeit am Bildschirm durchwandern. Zudem ist dieser Algorithmus aufgrund der verwendeten physikalischen Grundlagen sehr gut zur Beleuchtungssimulation und Architekturvisualisierung geeignet. Den Schwerpunkt dieser Dissertation stellt die Anwendung objektbasierter Methoden auf das Radiosityproblem dar. Durch konsequente Ausnutzung von Objektinformationen während aller Berechnungsschritte konnten deutliche Verbesserungen im Rahmen der hierarchischen Radiositymethode erzielt werden. Dabei wurden neue Verfahren zur Berechnung der Radiosityfunktion über gekrümmte Oberflächen, zur Parallelisierung dieses Algorithmus sowie zum effizienten Einsatz in der Architekturvisualisierung entwickelt, die im folgenden präsentiert werden.
- TextdokumentA pattern approach to interaction design(Ausgezeichnete Informatikdissertationen 2000, 2003) Borchers, JanDiese Arbeit stellt eine Methode zur Darstellung von Entwurfserfahrungen in der Gestaltung von Benutzerschnittstellen vor, die auf dem Konzept der Entwurfsmuster beruht, dieses jedoch formalisiert, erweitert und vereinheitlicht, um auch Richtlinien zur Programmentwicklung und das Wissen der Anwendungsdomäne eines Softwareprojekts in gleicher Weise zu modellieren. Nach einer Darstellung der Problematik beim Entwurf von Benutzerschnittstellen wird die Entwicklung von Entwurfmustern in Architektur, Programmiertechnik und Mensch-Maschine-Interaktion (MMI) untersucht und eine Reihe von Anforderungen an ein Entwurfsprinzip zur Lösung dieser Probleme aufgestellt. Anschließend wird der neuartige Entwurfsansatz präsentiert und anhand dreier Mustersprachen für diese Gebiete demonstriert. Die Sprachen spiegeln Erfahrungen aus einer Reihe von Projekten wider, in denen der Autor interaktive Exponate entwarf. Da das Thema der meisten Exponate musikalischer Natur war, wird dieses Anwendungsgebiet in einer Mustersprache für Bluesmusik repräsentiert. Die zentrale MMI-Mustersprache beschreibt Regeln für die Gestaltung interaktiver Exponate, während die Muster zur Programmentwicklung sich mit Lösungsvorschlägen für die Entwicklung interaktiver Musiksoftware befassen. Der Einsatz dieses musterbasierten Entwurfskonzepts wird abschließend anhand verschiedener Kriterien evaluiert und der Entwurf eines Werkzeugs zur rechnergestützten Arbeit mit Entwurfsmustern vorgestellt. Im Anhang der Arbeit findet sich unter anderem eine Darstellung einer typischen Interaktion mit WorldBeat [Bor97], einem ausgezeichneten interaktiven Musikexponat, das vom Autor entworfen wurde und in vielen Entwurfsmustern dieser Arbeit als Beispiel zitiert wird.
- TextdokumentTheoretische Analyse evolutionärer Algorithmen unter dem Aspekt der Optimierung in diskreten Suchräumen(Ausgezeichnete Informatikdissertationen 2000, 2003) Jansen, ThomasEvolutionäre Algorithmen (EA) sind allgemeine, randomisierte Suchverfahren, die unter anderem zur Optimierung eingesetzt werden können. Ein hier verfolgter Ansatz, der zu einem besseren Verständnis führen soll, ist die theoretische Analyse. Dabei werden vor allem einfache EA auf konkreten, typischen Zielfunktionen bezüglich ihrer Effizienz untersucht. Die Analyse beginnt nach einer Diskussion der Grenzen und Möglichkeiten evolutionärer Algorithmen mit dem vielleicht einfachsten EA. Wir sprechen wesentliche Ergebnisse für den so genannten (1+1) EA an und erklären, wie man davon ausgehend das weite Feld evolutionärer Algorithmen erschließen kann mittels Analyse von Variationen des (1+1) EA. Ein Höhepunkt ist die Analyse eines speziellen EA mit Crossover, für den man an einem Beispiel nachweisen kann, dass er mutations-basierte Algorithmen bei weitem schlägt.
- TextdokumentEvolutionäre Optimierung dynamischer Probleme(Ausgezeichnete Informatikdissertationen 2000, 2003) Branke, JürgenViele praxisrelevante Optimierungspsrobleme sind dynamisch, d.h. sie verändern sich im Zeitverlauf. In diesen Fällen reicht es nicht mehr aus, möglichst schnell und zuverlässig ein Optimum zu finden. Es geht vielmehr darum, trotz der Dynamik des Problems fortlaufend Lösungen hoher Qualität anbieten zu können. In der hier diskutierten Arbeit [Bra00] wird gezeigt, wie Evolutionäre Algorithmen erfolgreich an eine solche Aufgabenstellung angepasst werden können.
- TextdokumentData mining with graphical models(Ausgezeichnete Informatikdissertationen 2000, 2003) Borgelt, ChristianData Mining, oder auch Wissensentdeckung in Datenbanken, ist ein noch recht junges Forschungsgebiet, das als Antwort auf die Datenflut entstanden ist, der wir uns heute gegenübersehen. Es widmet sich der Herausforderung, Techniken zu entwickeln, die Menschen helfen können, nützliche Muster in ihren Daten zu finden. Eine dieser Techniken — und sicher eine der wichtigsten, da sie für so häufige Data-Mining-Aufgaben wie die Konstruktion von Klassifikatoren und die Abhängigkeitsanalyse eingesetzt werden kann — ist das Lernen von graphischen Modellen aus Datensätzen von Beispielfällen. In meiner Dissertation stelle ich die Idee der graphischen Modelle dar, wobei ich besonders auf die noch weniger bekannten possibilistischen Netze eingehe, für die ich eine bessere Semantik zu liefern versuche. Weiter untersuche ich die Prinzipien des Lernens graphischer Modelle aus Daten und bespreche verschiedene Algorithmen, die für diese Aufgabe vorgeschlagen wurden. Die wesentlichen Leistungen dieser Arbeit bestehen in Verbesserungen und Erweiterungen dieser Algorithmen: Ich schlage eine Projektionsmethode für datenbankinduzierte Possibilitätsverteilungen, einen naiv-Bayes-artigen possibilistischen Klassifikator und mehrere neue Bewertungsmaße und Suchmethoden vor.
- TextdokumentfOOSE- Eine integrierte formale Softwareentwicklungsmethode(Ausgezeichnete Informatikdissertationen 2000, 2003) Knapp, AlexanderDie Methode "fOOSE" (formal Object-Oriented Software Engineering) exemplifiziert eine auf der "Unified Modeling Language" (UML) basierende, integrierte formale Softwareentwicklungsmethode: Jacobsons "Object-Oriented Software Engineering"-Methode (OOSE) wird um diagrammgestützte, formale Spezifikationen, Beweisverpflichtungen und Verfeinerungen erweitert. Die diagrammatischen UML- Modelle werden um Anmerkungen, etwa Invarianten, in einer formalen, algebraischen Sprache optional ergänzt. Aus der Semantik der Diagramme und der Anmerkungen kann halbautomatisch eine ablauffähige Spezifikation in der objektorientierten, algebraischen Spezifikationssprache Maude abgeleitet werden: Ein automatisch erstelltes Spezifikationsgerüst muß vom Benutzer unter Ausnutzung der formalen Annotationen vervollständigt werden. Diese Spezifikationen erlauben insbesondere die Verifikation von Verfeinerungsbeziehungen zwischen Modellen. Schließlich bildet die semi-automatisch erstellte Spezifikation aus einem gegebenen, annotierten Softwaremodell auch die Grundlage für eine korrekte Implementierung dieses Modells in der objektorientierten, nebenläufigen Programmiersprache Java.