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Advances and Applications of DSmT for Information Fusion. Collected Works, Volume 5
This fifth volume on Advances and Applications of DSmT for Information Fusion collects theoretical and applied contributions of researchers working in different fields of applications and in mathematics, and is available in open-access. The collected contributions of this volume have either been published or presented after disseminating the fourth volume in 2015 in international conferences, seminars, workshops and journals, or they are new. The contributions of each part of this volume are chronologically ordered.
First Part of this book presents some theoretical advances on DSmT, dealing mainly with modified Proportional Conflict Redistribution Rules (PCR) of combination with degree of intersection, coarsening techniques, interval calculus for PCR thanks to set inversion via interval analysis (SIVIA), rough set classifiers, canonical decomposition of dichotomous belief functions, fast PCR fusion, fast inter-criteria analysis with PCR, and improved PCR5 and PCR6 rules preserving the (quasi-)neutrality of (quasi-)vacuous belief assignment in the fusion of sources of evidence with their Matlab codes.
Because more applications of DSmT have emerged in the past years since the apparition of the fourth book of DSmT in 2015, the second part of this volume is about selected applications of DSmT mainly in building change detection, object recognition, quality of data association in tracking, perception in robotics, risk assessment for torrent protection and multi-criteria decision-making, multi-modal image fusion, coarsening techniques, recommender system, levee characterization and assessment, human heading perception, trust assessment, robotics, biometrics, failure detection, GPS systems, inter-criteria analysis, group decision, human activity recognition, storm prediction, data association for autonomous vehicles, identification of maritime vessels, fusion of support vector machines (SVM), Silx-Furtif RUST code library for information fusion including PCR rules, and network for ship classification.
Finally, the third part presents interesting contributions related to belief functions in general published or presented along the years since 2015. These contributions are related with decision-making under uncertainty, belief approximations, probability transformations, new distances between belief functions, non-classical multi-criteria decision-making problems with belief functions, generalization of Bayes theorem, image processing, data association, entropy and cross-entropy measures, fuzzy evidence numbers, negator of belief mass, human activity recognition, information fusion for breast cancer therapy, imbalanced data classification, and hybrid techniques mixing deep learning with belief functions as well
Informationsströme in digitalen Kulturen
Wir sind umgeben von einer Vielzahl an Informationsströmen, die uns selbstverständlich erscheinen. Um diese digitalen Kulturen zu beschreiben, entwickeln medienwissenschaftliche Arbeiten Theorien einer Welt im Fluss. Dabei erliegen ihre Diagnosen oftmals einem Technikfetisch und vernachlässigen gesellschaftliche Strukturen. Mathias Denecke legt eine systematische Kritik dieser Theoriebildung vor. Dazu zeichnet er die Geschichte der Rede von strömenden Informationen in der Entwicklung digitaler Computer nach und diskutiert, wie der Begriff für Gegenwartsbeschreibungen produktiv gemacht werden kann
Anpassen verteilter eingebetteter Anwendungen im laufenden Betrieb
The availability of third-party apps is among the key success factors for software ecosystems: The users benefit from more features and innovation speed, while third-party solution vendors can leverage the platform to create successful offerings.
However, this requires a certain decoupling of engineering activities of the different parties not achieved for distributed control systems, yet.
While late and dynamic integration of third-party components would be required, resulting control systems must provide high reliability regarding real-time requirements, which leads to integration complexity.
Closing this gap would particularly contribute to the vision of software-defined manufacturing, where an ecosystem of modern IT-based control system components could lead to faster innovations due to their higher abstraction and availability of various frameworks.
Therefore, this thesis addresses the research question:
How we can use modern IT technologies and enable independent evolution and easy third-party integration of software components in distributed control systems, where deterministic end-to-end reactivity is required, and especially, how can we apply distributed changes to such systems consistently and reactively during operation?
This thesis describes the challenges and related approaches in detail and points out that existing approaches do not fully address our research question.
To tackle this gap, a formal specification of a runtime platform concept is presented in conjunction with a model-based engineering approach.
The engineering approach decouples the engineering steps of component definition, integration, and deployment.
The runtime platform supports this approach by isolating the components, while still offering predictable end-to-end real-time behavior.
Independent evolution of software components is supported through a concept for synchronous reconfiguration during full operation, i.e., dynamic orchestration of components.
Time-critical state transfer is supported, too, and can lead to bounded quality degradation, at most.
The reconfiguration planning is supported by analysis concepts, including simulation of a formally specified system and reconfiguration, and analyzing potential quality degradation with the evolving dataflow graph (EDFG) method.
A platform-specific realization of the concepts, the real-time container architecture, is described as a reference implementation.
The model and the prototype are evaluated regarding their feasibility and applicability of the concepts by two case studies.
The first case study is a minimalistic distributed control system used in different setups with different component variants and reconfiguration plans to compare the model and the prototype and to gather runtime statistics.
The second case study is a smart factory showcase system with more challenging application components and interface technologies.
The conclusion is that the concepts are feasible and applicable, even though the concepts and the prototype still need to be worked on in future -- for example, to reach shorter cycle times.Eine große Auswahl von Drittanbieter-Lösungen ist einer der Schlüsselfaktoren für Software Ecosystems:
Nutzer profitieren vom breiten Angebot und schnellen Innovationen, während Drittanbieter über die Plattform erfolgreiche Lösungen anbieten können.
Das jedoch setzt eine gewisse Entkopplung von Entwicklungsschritten der Beteiligten voraus, welche für verteilte Steuerungssysteme noch nicht erreicht wurde.
Während Drittanbieter-Komponenten möglichst spät -- sogar Laufzeit -- integriert werden müssten, müssen Steuerungssysteme jedoch eine hohe Zuverlässigkeit gegenüber Echtzeitanforderungen aufweisen, was zu Integrationskomplexität führt.
Dies zu lösen würde insbesondere zur Vision von Software-definierter Produktion beitragen, da ein Ecosystem für moderne IT-basierte Steuerungskomponenten wegen deren höherem Abstraktionsgrad und der Vielzahl verfügbarer Frameworks zu schnellerer Innovation führen würde.
Daher behandelt diese Dissertation folgende Forschungsfrage:
Wie können wir moderne IT-Technologien verwenden und unabhängige Entwicklung und einfache Integration von Software-Komponenten in verteilten Steuerungssystemen ermöglichen, wo Ende-zu-Ende-Echtzeitverhalten gefordert ist, und wie können wir insbesondere verteilte Änderungen an solchen Systemen konsistent und im Vollbetrieb vornehmen?
Diese Dissertation beschreibt Herausforderungen und verwandte Ansätze im Detail und zeigt auf, dass existierende Ansätze diese Frage nicht vollständig behandeln.
Um diese Lücke zu schließen, beschreiben wir eine formale Spezifikation einer Laufzeit-Plattform und einen zugehörigen Modell-basierten Engineering-Ansatz.
Dieser Ansatz entkoppelt die Design-Schritte der Entwicklung, Integration und des Deployments von Komponenten.
Die Laufzeit-Plattform unterstützt den Ansatz durch Isolation von Komponenten und zugleich Zeit-deterministischem Ende-zu-Ende-Verhalten.
Unabhängige Entwicklung und Integration werden durch Konzepte für synchrone Rekonfiguration im Vollbetrieb unterstützt, also durch dynamische Orchestrierung.
Dies beinhaltet auch Zeit-kritische Zustands-Transfers mit höchstens begrenzter Qualitätsminderung, wenn überhaupt.
Rekonfigurationsplanung wird durch Analysekonzepte unterstützt, einschließlich der Simulation formal spezifizierter Systeme und Rekonfigurationen und der Analyse der etwaigen Qualitätsminderung mit dem Evolving Dataflow Graph (EDFG).
Die Real-Time Container Architecture wird als Referenzimplementierung und Evaluationsplattform beschrieben.
Zwei Fallstudien untersuchen Machbarkeit und Nützlichkeit der Konzepte.
Die erste verwendet verschiedene Varianten und Rekonfigurationen eines minimalistischen verteilten Steuerungssystems, um Modell und Prototyp zu vergleichen sowie Laufzeitstatistiken zu erheben.
Die zweite Fallstudie ist ein Smart-Factory-Demonstrator, welcher herausforderndere Applikationskomponenten und Schnittstellentechnologien verwendet.
Die Konzepte sind den Studien nach machbar und nützlich, auch wenn sowohl die Konzepte als auch der Prototyp noch weitere Arbeit benötigen -- zum Beispiel, um kürzere Zyklen zu erreichen
LIPIcs, Volume 261, ICALP 2023, Complete Volume
LIPIcs, Volume 261, ICALP 2023, Complete Volum
Invariants and Home Spaces in Transition Systems and Petri Nets
This lecture note focuses on comparing the notions of invariance and home
spaces in Transition Systems and more particularly, in Petri Nets. We also
describe how linear algebra relates to these basic notions in Computer Science,
how it can be used for extracting invariant properties from a parallel system
described by a Labeled Transition System in general and a Petri Net in
particular. We endeavor to regroup a number of algebraic results dispersed
throughout the Petri Nets literature with the addition of new results around
the notions of semiflows and generating sets. Examples are given to illustrate
how invariants can be handled to prove behavioral properties of a Petri Net.
Some additional thoughts on invariants and home spaces will conclude this note.Comment: 83 page
Compositional synthesis of reactive systems
Synthesis is the task of automatically deriving correct-by-construction implementations from formal specifications. While it is a promising path toward developing verified programs, it is infamous for being hard to solve. Compositionality is recognized as a key technique for reducing the complexity of synthesis. So far, compositional approaches require extensive manual effort. In this thesis, we introduce algorithms that automate these steps. In the first part, we develop compositional synthesis techniques for distributed systems. Providing assumptions on other processes' behavior is fundamental in this setting due to inter-process dependencies. We establish delay-dominance, a new requirement for implementations that allows for implicitly assuming that other processes will not maliciously violate the shared goal. Furthermore, we present an algorithm that computes explicit assumptions on process behavior to address more complex dependencies. In the second part, we transfer the concept of compositionality from distributed to single-process systems. We present a preprocessing technique for synthesis that identifies independently synthesizable system components. We extend this approach to an incremental synthesis algorithm, resulting in more fine-grained decompositions. Our experimental evaluation shows that our techniques automate the required manual efforts, resulting in fully automated compositional synthesis algorithms for both distributed and single-process systems.Synthese ist die Aufgabe korrekte Implementierungen aus formalen Spezifikation abzuleiten. Sie ist zwar ein vielversprechender Weg für die Entwicklung verifizierter Programme, aber auch dafür bekannt schwer zu lösen zu sein. Kompositionalität gilt als eine Schlüsseltechnik zur Verringerung der Komplexität der Synthese. Bislang erfordern kompositionale Ansätze einen hohen manuellen Aufwand. In dieser Dissertation stellen wir Algorithmen vor, die diese Schritte automatisieren. Im ersten Teil entwickeln wir kompositionale Synthesetechniken für verteilte Systeme. Aufgrund der Abhängigkeiten zwischen den Prozessen ist es in diesem Kontext von grundlegender Bedeutung, Annahmen über das Verhalten der anderen Prozesse zu treffen. Wir etablieren Delay-Dominance, eine neue Anforderung für Implementierungen, die es ermöglicht, implizit anzunehmen, dass andere Prozesse das gemeinsame Ziel nicht böswillig verletzen. Darüber hinaus stellen wir einen Algorithmus vor, der explizite Annahmen über das Verhalten anderer Prozesse ableitet, um komplexere Abhängigkeiten zu berücksichtigen. Im zweiten Teil übertragen wir das Konzept der Kompositionalität von verteilten auf Einzelprozesssysteme. Wir präsentieren eine Vorverarbeitungmethode für die Synthese, die unabhängig synthetisierbare Systemkomponenten identifiziert. Wir erweitern diesen Ansatz zu einem inkrementellen Synthesealgorithmus, der zu feineren Dekompositionen führt. Unsere experimentelle Auswertung zeigt, dass unsere Techniken den erforderlichen manuellen Aufwand automatisieren und so zu vollautomatischen Algorithmen für die kompositionale Synthese sowohl für verteilte als auch für Einzelprozesssysteme führen
Evolution from the ground up with Amee – From basic concepts to explorative modeling
Evolutionary theory has been the foundation of biological research for about a century
now, yet over the past few decades, new discoveries and theoretical advances have rapidly
transformed our understanding of the evolutionary process. Foremost among them are
evolutionary developmental biology, epigenetic inheritance, and various forms of evolu-
tionarily relevant phenotypic plasticity, as well as cultural evolution, which ultimately led
to the conceptualization of an extended evolutionary synthesis. Starting from abstract
principles rooted in complexity theory, this thesis aims to provide a unified conceptual
understanding of any kind of evolution, biological or otherwise. This is used in the second
part to develop Amee, an agent-based model that unifies development, niche construction,
and phenotypic plasticity with natural selection based on a simulated ecology. Amee
is implemented in Utopia, which allows performant, integrated implementation and
simulation of arbitrary agent-based models. A phenomenological overview over Amee’s
capabilities is provided, ranging from the evolution of ecospecies down to the evolution
of metabolic networks and up to beyond-species-level biological organization, all of
which emerges autonomously from the basic dynamics. The interaction of development,
plasticity, and niche construction has been investigated, and it has been shown that while
expected natural phenomena can, in principle, arise, the accessible simulation time and
system size are too small to produce natural evo-devo phenomena and –structures. Amee thus can be used to simulate the evolution of a wide variety of processes
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