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    Communication-Efficient Probabilistic Algorithms: Selection, Sampling, and Checking

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    Diese Dissertation behandelt drei grundlegende Klassen von Problemen in Big-Data-Systemen, für die wir kommunikationseffiziente probabilistische Algorithmen entwickeln. Im ersten Teil betrachten wir verschiedene Selektionsprobleme, im zweiten Teil das Ziehen gewichteter Stichproben (Weighted Sampling) und im dritten Teil die probabilistische Korrektheitsprüfung von Basisoperationen in Big-Data-Frameworks (Checking). Diese Arbeit ist durch einen wachsenden Bedarf an Kommunikationseffizienz motiviert, der daher rührt, dass der auf das Netzwerk und seine Nutzung zurückzuführende Anteil sowohl der Anschaffungskosten als auch des Energieverbrauchs von Supercomputern und der Laufzeit verteilter Anwendungen immer weiter wächst. Überraschend wenige kommunikationseffiziente Algorithmen sind für grundlegende Big-Data-Probleme bekannt. In dieser Arbeit schließen wir einige dieser Lücken. Zunächst betrachten wir verschiedene Selektionsprobleme, beginnend mit der verteilten Version des klassischen Selektionsproblems, d. h. dem Auffinden des Elements von Rang kk in einer großen verteilten Eingabe. Wir zeigen, wie dieses Problem kommunikationseffizient gelöst werden kann, ohne anzunehmen, dass die Elemente der Eingabe zufällig verteilt seien. Hierzu ersetzen wir die Methode zur Pivotwahl in einem schon lange bekannten Algorithmus und zeigen, dass dies hinreichend ist. Anschließend zeigen wir, dass die Selektion aus lokal sortierten Folgen – multisequence selection – wesentlich schneller lösbar ist, wenn der genaue Rang des Ausgabeelements in einem gewissen Bereich variieren darf. Dies benutzen wir anschließend, um eine verteilte Prioritätswarteschlange mit Bulk-Operationen zu konstruieren. Später werden wir diese verwenden, um gewichtete Stichproben aus Datenströmen zu ziehen (Reservoir Sampling). Schließlich betrachten wir das Problem, die global häufigsten Objekte sowie die, deren zugehörige Werte die größten Summen ergeben, mit einem stichprobenbasierten Ansatz zu identifizieren. Im Kapitel über gewichtete Stichproben werden zunächst neue Konstruktionsalgorithmen für eine klassische Datenstruktur für dieses Problem, sogenannte Alias-Tabellen, vorgestellt. Zu Beginn stellen wir den ersten Linearzeit-Konstruktionsalgorithmus für diese Datenstruktur vor, der mit konstant viel Zusatzspeicher auskommt. Anschließend parallelisieren wir diesen Algorithmus für Shared Memory und erhalten so den ersten parallelen Konstruktionsalgorithmus für Aliastabellen. Hiernach zeigen wir, wie das Problem für verteilte Systeme mit einem zweistufigen Algorithmus angegangen werden kann. Anschließend stellen wir einen ausgabesensitiven Algorithmus für gewichtete Stichproben mit Zurücklegen vor. Ausgabesensitiv bedeutet, dass die Laufzeit des Algorithmus sich auf die Anzahl der eindeutigen Elemente in der Ausgabe bezieht und nicht auf die Größe der Stichprobe. Dieser Algorithmus kann sowohl sequentiell als auch auf Shared-Memory-Maschinen und verteilten Systemen eingesetzt werden und ist der erste derartige Algorithmus in allen drei Kategorien. Wir passen ihn anschließend an das Ziehen gewichteter Stichproben ohne Zurücklegen an, indem wir ihn mit einem Schätzer für die Anzahl der eindeutigen Elemente in einer Stichprobe mit Zurücklegen kombinieren. Poisson-Sampling, eine Verallgemeinerung des Bernoulli-Sampling auf gewichtete Elemente, kann auf ganzzahlige Sortierung zurückgeführt werden, und wir zeigen, wie ein bestehender Ansatz parallelisiert werden kann. Für das Sampling aus Datenströmen passen wir einen sequentiellen Algorithmus an und zeigen, wie er in einem Mini-Batch-Modell unter Verwendung unserer im Selektionskapitel eingeführten Bulk-Prioritätswarteschlange parallelisiert werden kann. Das Kapitel endet mit einer ausführlichen Evaluierung unserer Aliastabellen-Konstruktionsalgorithmen, unseres ausgabesensitiven Algorithmus für gewichtete Stichproben mit Zurücklegen und unseres Algorithmus für gewichtetes Reservoir-Sampling. Um die Korrektheit verteilter Algorithmen probabilistisch zu verifizieren, schlagen wir Checker für grundlegende Operationen von Big-Data-Frameworks vor. Wir zeigen, dass die Überprüfung zahlreicher Operationen auf zwei „Kern“-Checker reduziert werden kann, nämlich die Prüfung von Aggregationen und ob eine Folge eine Permutation einer anderen Folge ist. Während mehrere Ansätze für letzteres Problem seit geraumer Zeit bekannt sind und sich auch einfach parallelisieren lassen, ist unser Summenaggregations-Checker eine neuartige Anwendung der gleichen Datenstruktur, die auch zählenden Bloom-Filtern und dem Count-Min-Sketch zugrunde liegt. Wir haben beide Checker in Thrill, einem Big-Data-Framework, implementiert. Experimente mit absichtlich herbeigeführten Fehlern bestätigen die von unserer theoretischen Analyse vorhergesagte Erkennungsgenauigkeit. Dies gilt selbst dann, wenn wir häufig verwendete schnelle Hash-Funktionen mit in der Theorie suboptimalen Eigenschaften verwenden. Skalierungsexperimente auf einem Supercomputer zeigen, dass unsere Checker nur sehr geringen Laufzeit-Overhead haben, welcher im Bereich von 2 %2\,\% liegt und dabei die Korrektheit des Ergebnisses nahezu garantiert wird

    HPCCP/CAS Workshop Proceedings 1998

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    This publication is a collection of extended abstracts of presentations given at the HPCCP/CAS (High Performance Computing and Communications Program/Computational Aerosciences Project) Workshop held on August 24-26, 1998, at NASA Ames Research Center, Moffett Field, California. The objective of the Workshop was to bring together the aerospace high performance computing community, consisting of airframe and propulsion companies, independent software vendors, university researchers, and government scientists and engineers. The Workshop was sponsored by the HPCCP Office at NASA Ames Research Center. The Workshop consisted of over 40 presentations, including an overview of NASA's High Performance Computing and Communications Program and the Computational Aerosciences Project; ten sessions of papers representative of the high performance computing research conducted within the Program by the aerospace industry, academia, NASA, and other government laboratories; two panel sessions; and a special presentation by Mr. James Bailey

    Proceedings, MSVSCC 2015

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    The Virginia Modeling, Analysis and Simulation Center (VMASC) of Old Dominion University hosted the 2015 Modeling, Simulation, & Visualization Student capstone Conference on April 16th. The Capstone Conference features students in Modeling and Simulation, undergraduates and graduate degree programs, and fields from many colleges and/or universities. Students present their research to an audience of fellow students, faculty, judges, and other distinguished guests. For the students, these presentations afford them the opportunity to impart their innovative research to members of the M&S community from academic, industry, and government backgrounds. Also participating in the conference are faculty and judges who have volunteered their time to impart direct support to their students’ research, facilitate the various conference tracks, serve as judges for each of the tracks, and provide overall assistance to this conference. 2015 marks the ninth year of the VMASC Capstone Conference for Modeling, Simulation and Visualization. This year our conference attracted a number of fine student written papers and presentations, resulting in a total of 51 research works that were presented. This year’s conference had record attendance thanks to the support from the various different departments at Old Dominion University, other local Universities, and the United States Military Academy, at West Point. We greatly appreciated all of the work and energy that has gone into this year’s conference, it truly was a highly collaborative effort that has resulted in a very successful symposium for the M&S community and all of those involved. Below you will find a brief summary of the best papers and best presentations with some simple statistics of the overall conference contribution. Followed by that is a table of contents that breaks down by conference track category with a copy of each included body of work. Thank you again for your time and your contribution as this conference is designed to continuously evolve and adapt to better suit the authors and M&S supporters. Dr.Yuzhong Shen Graduate Program Director, MSVE Capstone Conference Chair John ShullGraduate Student, MSVE Capstone Conference Student Chai

    LIPIcs, Volume 277, GIScience 2023, Complete Volume

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    LIPIcs, Volume 277, GIScience 2023, Complete Volum

    Libro de Actas JCC&BD 2018 : VI Jornadas de Cloud Computing & Big Data

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    Se recopilan las ponencias presentadas en las VI Jornadas de Cloud Computing & Big Data (JCC&BD), realizadas entre el 25 al 29 de junio de 2018 en la Facultad de Informática de la Universidad Nacional de La Plata.Universidad Nacional de La Plata (UNLP) - Facultad de Informátic

    Tools and Algorithms for the Construction and Analysis of Systems

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    This book is Open Access under a CC BY licence. The LNCS 11427 and 11428 proceedings set constitutes the proceedings of the 25th International Conference on Tools and Algorithms for the Construction and Analysis of Systems, TACAS 2019, which took place in Prague, Czech Republic, in April 2019, held as part of the European Joint Conferences on Theory and Practice of Software, ETAPS 2019. The total of 42 full and 8 short tool demo papers presented in these volumes was carefully reviewed and selected from 164 submissions. The papers are organized in topical sections as follows: Part I: SAT and SMT, SAT solving and theorem proving; verification and analysis; model checking; tool demo; and machine learning. Part II: concurrent and distributed systems; monitoring and runtime verification; hybrid and stochastic systems; synthesis; symbolic verification; and safety and fault-tolerant systems

    Optimisation of LHCb Applications for Multi- and Manycore Job Submission

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    Nowadays, the Worldwide LHC Computing Grid mainly consists of multi- and manycore processors. The thesis investigates how such resources can be used more efficiently at the example of the LHCb experiment. It analyses how to improve software in terms of memory requirements and concurrency. The research involves the implementation of a moldable job scheduler and a supervised learning algorithm which helps to better predict LHCb workloads

    Advances and Open Problems in Federated Learning

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    Federated learning (FL) is a machine learning setting where many clients (e.g. mobile devices or whole organizations) collaboratively train a model under the orchestration of a central server (e.g. service provider), while keeping the training data decentralized. FL embodies the principles of focused data collection and minimization, and can mitigate many of the systemic privacy risks and costs resulting from traditional, centralized machine learning and data science approaches. Motivated by the explosive growth in FL research, this paper discusses recent advances and presents an extensive collection of open problems and challenges

    Proceedings of the 5th MIT/ONR Workshop on C[3] Systems, held at Naval Postgraduate School, Monterey, California, August 23 to 27, 1982

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    "December 1982."Includes bibliographies and index.Office of Naval Research Contract no. ONR/N00014-77-C-0532 NR041-519edited by Michael Athans ... [et al.]
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