A Software System for Computing Labeled Orthogonal Drawings of Graphs

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Genetic algorithms for map labeling

Map labeling is the cartographic problem of placing the names of features (for example cities or rivers) on the map. A good labeling has no intersections between labels. Even basic versions of the problem are NP-hard. In addition, realistic map-labeling problems deal with many cartographic constraints, which pose more demands on how the labels should be placed in relation to their surroundings. For example, a label is preferably placed above and to the right of a city. These two aspects (combinatorially hard and the need of considering cartographic rules) make the problem challenging. Genetic algorithms (GAs) are heuristic solvers for optimization problems. Based on the theory of Darwinian evolution, they are able to "evolve" solutions using a process similar to adaptation in biology. In this thesis we apply GAs to solve map-labeling problems. Problems dealing with point features (like cities) and line features (like rivers) are discussed. It is also shown how additional cartographic rules can be incorporated in the algorithm. Experiments done on randomly-generated maps and real-world data show that the GAs are successful in finding good solutions. The GAs were designed with theoretical insights regarding linkage and mixing in mind. The map-labeling problem is interesting in that its linkage is geometrically determined and therefore reasonably clear. This property was exploited in the design of the GAs. The GAs were also used to verify the predictions of theoretical models from literature (a convergence model and a population-sizing model). The GA was able to match the assumptions of the models thanks to a novel operator, the so-called geometrically local optimizer. Experimental results indeed matched the predictions of the models. As a result, the number of fitness evaluations scales linearly with the input size (the size of the map)

A combinatorial approach to orthogonal placement problems

liegt nicht vor!Wir betrachten zwei Familien von NP-schwierigen orthogonalen Platzierungsproblemen aus dem Bereich der Informationsvisualisierung von einem theoretischen und praktischen Standpunkt aus. Diese Arbeit enthält ein gemeinsames kombinatorisches Gerüst für Kompaktierungsprobleme aus dem Bereich des orthogonalen Graphenzeichnens und Beschriftungsprobleme von Punktmengen aus dem Gebiet der Computer-Kartografie. Bei den Kompaktierungsproblemen geht es darum, eine gegebene dimensionslose Beschreibung der orthogonalen Form eines Graphen in eine orthogonale Gitterzeichnung mit kurzen Kanten und geringem Flächenverbrauch zu transformieren. Die Beschriftungsprobleme haben zur Aufgabe, eine gegebene Menge von rechteckigen Labels so zu platzieren, dass eine lesbare Karte entsteht. In einer klassischen Anwendung repräsentieren die Punkte beispielsweise Städte einer Landkarte, und die Labels enthalten die Namen der Städte. Wir präsentieren neue kombinatorische Formulierungen für diese Probleme und verwenden dabei eine pfad- und kreisbasierte graphentheoretische Eigenschaft in einem zugehörigen problemspezifschen Paar von Constraint-Graphen. Die Umformulierung ermöglicht es uns, exakte Algorithmen für die Originalprobleme zu entwickeln. Umfassende experimentelle Studien mit Benchmark-Instanzen aus der Praxis zeigen, dass unsere Algorithmen, die auf linearer Programmierung beruhen, in der Lage sind, große Instanzen der Platzierungsprobleme beweisbar optimal und in kurzer Rechenzeit zu lösen. Ferner kombinieren wir die Formulierungen für Kompaktierungs- und Beschriftungsprobleme und präsentieren einen exakten algorithmischen Ansatz für ein Graphbeschriftungsproblem. Oftmals sind unsere neuen Algorithmen die ersten exakten Algorithmen für die jeweilige Problemvariante

A combinatorial approach to orthogonal placement problems

liegt nicht vor!Wir betrachten zwei Familien von NP-schwierigen orthogonalen Platzierungsproblemen aus dem Bereich der Informationsvisualisierung von einem theoretischen und praktischen Standpunkt aus. Diese Arbeit enthält ein gemeinsames kombinatorisches Gerüst für Kompaktierungsprobleme aus dem Bereich des orthogonalen Graphenzeichnens und Beschriftungsprobleme von Punktmengen aus dem Gebiet der Computer-Kartografie. Bei den Kompaktierungsproblemen geht es darum, eine gegebene dimensionslose Beschreibung der orthogonalen Form eines Graphen in eine orthogonale Gitterzeichnung mit kurzen Kanten und geringem Flächenverbrauch zu transformieren. Die Beschriftungsprobleme haben zur Aufgabe, eine gegebene Menge von rechteckigen Labels so zu platzieren, dass eine lesbare Karte entsteht. In einer klassischen Anwendung repräsentieren die Punkte beispielsweise Städte einer Landkarte, und die Labels enthalten die Namen der Städte. Wir präsentieren neue kombinatorische Formulierungen für diese Probleme und verwenden dabei eine pfad- und kreisbasierte graphentheoretische Eigenschaft in einem zugehörigen problemspezifschen Paar von Constraint-Graphen. Die Umformulierung ermöglicht es uns, exakte Algorithmen für die Originalprobleme zu entwickeln. Umfassende experimentelle Studien mit Benchmark-Instanzen aus der Praxis zeigen, dass unsere Algorithmen, die auf linearer Programmierung beruhen, in der Lage sind, große Instanzen der Platzierungsprobleme beweisbar optimal und in kurzer Rechenzeit zu lösen. Ferner kombinieren wir die Formulierungen für Kompaktierungs- und Beschriftungsprobleme und präsentieren einen exakten algorithmischen Ansatz für ein Graphbeschriftungsproblem. Oftmals sind unsere neuen Algorithmen die ersten exakten Algorithmen für die jeweilige Problemvariante

Illustrative Informationsvisualisierung

Mit wachsender Größe von Daten wird es zunehmend schwerer, die in der Informationsvisualisierung erzeugte visuelle Repräsentation zu interpretieren und die relevanten Informationen adäquat darzustellen. Die Illustration beschäftigt sich seit längerem mit der Kommunikation wichtiger Bildinformationen. Das Ziel dieser Dissertation ist es deshalb, illustrative Verfahren in Techniken der Informationsvisualisierung zu integrieren - sowohl konzeptuell als auch in praktischer Anwendung. Als Ergebnis unterstützen die neu entwickelten Lösungsansätze die Kommunikation dargestellter Informationen

Visualisierung biochemischer Reaktionsnetze

In dieser Arbeit werden Anforderungen an die Darstellung biochemischer Reaktionsnetze untersucht und die Netze unter dem Gesichtspunkt der Visualisierung modelliert. Anschliessend wird ein Algorithmus zum Zeichnen biochemischer Reaktionsnetze entwickelt und analysiert.In this dissertation we investigate the requirements for the visualisation of biochemical reaction networks. We compose a model for these networks that lends itself to visualisation and develop and analyse an algorithm to create drawings of the networks