Erweiterung eines Lernmoduls für Boolesche Algebra

Im Praxisprojekt wurde ein Lernmodul für Boolesche Algebra umgesetzt. Dieses wird in Rahmen der Bachelorarbeit erweitert. Dabei wird sowohl die Vorgehensweise, als auch das Ergebnis dokumentiert. Es wird ein Umgang mit einem KV Diagramm ermöglicht und moderne Webapplikation Technologien eingesetzt

Effizienter Entwurfsfluss durch neue Verfahren der Logiksynthese und Technologieabbildung von VHDL-Hardwarebeschreibungen

Neben der tatsächlichen Leistungsfähigkeit von Synthesewerkzeugen hinsichtlich Synthesegeschwindigkeit und Güte der produzierten Ergebnisse ist auch die durch den Benutzer notwendige Interaktion zur Erzeugung eines befriedigenden Produktes ein wichtiger Faktor bei der Frage, wie schnell eine vorgegebene Aufgabe umgesetzt werden kann (Time to Market). Zwei grundlegende Designschwächen bestehender Synthesewerkzeuge werden untersucht, welche eine permanente Aufmerksamkeit seitens des Entwicklers erfordern. Die erste Designschwäche betrifft die automatische Logiksynthese. Sie kann zu einem unterschiedlichen Verhalten der generierten Schaltung im Vergleich zu einer vorher durchgeführten Simulation führen. Diese Synthesefehler sind oft nur schwer zu erkennen. Die Vermeidung solcher Fehler seitens des Entwicklers ist nur bei der strengen Einhaltung eines gegebenen Coding-Styles möglich. Dieser wird von den meisten Werkzeugen nur oberflächlich geprüft und verkompliziert zusätzlich die Beschreibung bestimmter Baugruppen erheblich. Es werden die Ursachen für dieses Verhalten beschrieben und ein alternatives vom Coding-Style unabhängiges Logiksyntheseverfahren "SibaS" (Simulation-based-Synthesis) vorgestellt. Dieses Verfahren verwendet, insbesondere bei der Synthese von sequentiellen Schaltungen, einen anderen Ansatz als aktuelle VHDL-Syntheseverfahren. Im Gegensatz zu diesen wird dabei nicht versucht, aus der Struktur der beschriebenen Schaltung auf den Schaltungstyp zu schließen, stattdessen wird die zu übersetzende Beschreibung einer speziellen Simulation unterworfen und anhand der Ergebnisse eine entsprechende Schaltung generiert. Die zweite Designschwäche betrifft die Schnittstelle zwischen Logiksynthese und Technologieabbildung. Die Verwendung von VHDL an dieser Stelle erlaubt zwar die beliebige Kombination von Werkzeugen, führt aber zum Verlust abstrakter Designinformation, wie z. B. von arithmetischen Strukturen, was durch den Einsatz zusätzlicher Werkzeuge und damit verbundener Entwicklungszeit ausgeglichen werden muss. Die Integration von Logiksynthese und Technologieabbildung ermöglicht es, eine neue Schnittstelle "A-RTL" (Arithmetic-RTL) zu schaffen, um diese abstrakten Informationen zu bewahren und innerhalb der Technologieabbildung "ALTeM" (Arithmetic and Logic Technology Mapping) zu nutzen. Die entwickelten Verfahren wurden innerhalb einer beispielhaften Implementierung eines kompletten Synthesewerkzeugs "Square-Dance" integriert und untersucht. Im Vergleich zu den verfügbaren VHDL-Synthesewerkzeugen zeichnet sich Square-Dance durch eine fehlerfreie Synthese, unabhängig vom verwendeten Coding-Style, und die Möglichkeit der unmittelbaren Generierung effizienter arithmetischer Strukturen aus

Der Lösungsbeitrag von Metadatenmodellen beim Vergleich von Workflowmanagementsystemen

Die DV-gestützte Prozeßabwicklung mittels Workflowmanagementsystemen erlaubt die Auslagerung der Ablaufsteuerung aus Anwendungssystemen. Mittlerweile ist eine Vielzahl an Systemen mit unterschiedlicher Entwicklungsgeschichte (Dokumentenmanagement, Vorgangssteuerung etc.) verfügbar. Damit stellt sich das Problem der Auswahl eines bedarfsgerechten Workflowmanagementsystems. Im Rahmen dieses Arbeitsberichts soll der diesbezügliche Lösungsbeitrag des Vergleichs der Metadatenmodelle von Workflowmanagementsystemen evaluiert werden. Nach allgemeinen Ausführungen zur Metamodellierung werden hierzu exemplarisch die Metadatenmodelle für die Workflowmanagementsysteme WorkParty (SNI) und FlowMark (IBM) skizziert und verglichen.<br/

A method to estimate groundwater depth from forest site mapping data and digital elevation models

In this paper a new approach for estimating continuous groundwater depths using forest site mapping data of the federal state of Brandenburg and digital elevation models is presented. The underlying idea of this approach is to combine the upper and lower limits of the mapping units (groundwater depth classes of special site types and site type groupings) and the relative elevations inside each individual site type area calculated from the digital elevation model. By this means, consideration of the landscape morphology allows groundwater depths to be estimated continuously for grids with various resolutions. Depending mainly on the spatial and vertical resolution of the applied digital elevation model, the results are improved significantly compared to simply regionalizing site-type-specific mean values. The presented method was used to generate continuous groundwater depths based on the existing forest site maps of the federal state of Brandenburg for more than two-thirds of the forest area. The data obtained will be used in a larger research project, carried out at the Forestry Competence Centre, Eberswalde, to analyze regional and site-specific impacts of climate change.Für das umfangreiche Datenmaterial der forstlichen Standortserkundung in Brandenburg wurde ein EDV-gestütztes Verfahren zur Ableitung kontinuierlicher Grundwasserflurabstände aus den Legendeneinheiten der forstlichen Standortskarte (Stamm-Standortsform und Stamm-Standortsformengruppen) und digitalen Geländemodellen (DGM) entwickelt. Grundlage dafür war die Kombination von Grenzwerten dieser Legendeneinheiten mit der aus dem DGM berechneten relativen Geländehöhe für die diskreten Flächen der Standortsformen. Durch dieses Vorgehen wurde die Geländemorphologie in das Verfahren zur Ableitung der Grundwasserflurabstände integriert. Dadurch ergibt sich eine, insbesondere gegenüber der Verwendung von auf der Übernahme von Mittelwerten basierenden Ansätzen, verbesserte Abbildung der Grundwasserflurabstände. Hauptsächlich in Abhängigkeit von der Genauigkeit der verwendeten Geländemodelle können somit räumlich beliebig aufgelöste kontinuierliche Grundwasserflurabstände berechnet werden. Das Verfahren wurde anhand der bestehenden Standortskarten auf über zwei Dritteln der Waldfläche Brandenburgs zur Generierung von Grundwasserflurabstandsinformationen angewandt und soll im Rahmen eines übergeordneten Projektes zu regionalen und standortsbedingten Unterschieden der Auswirkungen des Klimawandels eingesetzt werden

Rekonstruktion und Modellierung medizinisch relevanter biologischer Interaktionsnetzwerke

Diese Dissertation befasst sich mit der Analyse zweier biologischer Systeme, die eine wichtige Rolle im Zusammenhang mit nichtübertragbaren Krankheiten wie Diabetes oder Krebs spielen: dem menschlichen Mikrobiom, d.h. den Mikroorganismen, die unseren Körper besiedeln, und dem p53-Netzwerk, einem komplexen Protein- und Genregulationsnetzwerk rund um das als „Wächter des Genoms“ bekannte Tumorsupressorprotein p53. Trotz intensiver Forschungsbemühungen sind diese medizinisch höchst relevanten Systeme noch immer nicht vollständig verstanden. Sie sollen daher im Rahmen dieser Arbeit mithilfe von Methoden aus der statistischen Physik, genauer gesagt durch die Modellierung als dynamische Netzwerke, untersucht werden. Eine große Herausforderung zum besseren Verständnis des menschlichen Mikrobioms besteht darin, ausgehend von Mikrobiomproben, wie z.B. Speichel- oder Stuhlproben, auf die zugrunde liegenden mikrobiellen Interaktionsnetzwerke zu schließen. Eine mögliche Vorgehensweise für diese sog. Netzwerkinferenz ist die von Claussen et al. entwickelte Entropy-Shifts-of-Abundance-vectors-under-Boolean-Operations (ESABO)-Methode [34], bei der die binarisierten Mikrobiomdaten als Attraktoren eines Booleschen Netzwerks interpretiert werden. Die ESABO-Methode weist jedoch einige signifikante Schwachpunkte auf: Zum einen werden mutualistische Interaktionen zwischen häufig vorkommenden Spezies aufgrund der Gestalt der verwendeten Entropiefunktion oft als antagonistische Interaktionen rekonstruiert, zum anderen ist die Methode insofern inkonsistent, als dass die mit der ESABO-Methode inferierten Netzwerke im Allgemeinen nicht die zur Inferenz genutzten mikrobiellen An- und Abwesenheitsmuster reproduzieren. Der erste Schwachpunkt konnte in dieser Arbeit durch zwei simple Modifikation der ESABO-Methode, nämlich durch eine analytischen Berechnung der ESABO-Scores und dem Vertauschen von Nullen und Einsen in Abundanzvektoren mit einer hohen relativen Häufigkeit von Einsen, behoben werden. Zur Behebung des zweiten Schwachpunkts wurde die ESABO-Methode um einen evolutionären Algorithmus erweitert bzw. in diesen eingebettet. Hierbei zeigte sich, dass die Kombination aus evolutionärem Algorithmus und ESABO-Methode, die im Folgenden als ESABO-gestützte Evolution bezeichnet wird, signifikant bessere Rekonstruktionsergebnisse liefert als die ESABO-Methode allein oder ein evolutionärer Algorithmus mit zufällig gewählten Mutationen, d.h. ohne Unterstützung der ESABO-Methode. Die Untersuchung der ESABO-gestützten Evolution bei unvollständiger Kenntnis der Attraktoren (d.h. einer begrenzten Menge an Mikrobiomproben, wie es auch in der Realität zu erwarten ist) ermöglichte es uns zudem, eine Beziehung zwischen dem Prozentsatz der bekannten Attraktoren und der durchschnittlichen Fitness, die durch die Inferenzmethode erreicht wurde, zu finden. Mithilfe dieser Beziehung konnte schließlich bei der Anwendung der ESABO-gestützten Evolution auf echte, empirische Speichelmikrobiomdaten die Vollständigkeit des betrachteten Datensatzes abgeschätzt werden. Hierbei ergab sich, dass die verwendeten Daten weniger als 50% der Attraktoren des Systems abdeckten. Im zweiten Teil der Arbeit wird mithilfe der dynamischen Netzwerkmodellierung eine wichtige Komponente des p53-Netzwerks, nämlich die Regulation des Proteins p21 durch das Protein p53 infolge von DNA-Doppelstrangbrüchen untersucht. Experimentelle Untersuchungen der Dynamik von p53 und p21 in einzelnen Brustepithelzellen zeigten, dass trotz einer relativ homogenen p53-Dynamik nach dem Auftreten von DNA-Doppelstrangbrüchen der Zeitpunkt und die Geschwindigkeit der p21-Induktion heterogen sind, wobei die Zellzyklusphase eine entscheidende Rolle zu spielen scheint. Zellen, die den Schaden in der S-Phase erfahren, zeigen eine verzögerte p21-Akkumulation, während Zellen, die in der G1-Phase bestrahlt werden und anschließend in die S-Phase übergehen, eine prompte pulsartige p21-Dynamik aufweisen. Das Ziel der Modellierung war es daher, den zellzyklusabhängigen molekularen Mechanismus zu identifizieren, der für diese Heterogenität verantwortlich ist. Durch den Vergleich von zwei minimalistischen Modellen mit den experimentellen p21-Daten und weiteren von Caibin Sheng durchgeführten Experimenten konnte gezeigt werden, dass eine erhöhte p21-Abbaurate während der S-Phase in Kombination mit der Aktivierung von p21 durch p53 bereits ausreicht, um die auf Einzelzellebene beobachtete heterogene p21-Dynamik nach dem Auftreten von DNA-Doppelstrangbrüchen zu reproduzieren

Logikbasierte Optimierungsverfahren für die Bedarfsprognose

Kunden der Premiumklasse können sich beim Neuwagenkauf eine individuelle Konfiguration auf Basis mehrerer hundert Ausstattungsoptionen zusammenstellen. Die exorbitant hohe Anzahl möglicher Konfigurationsvarianten wird dabei in Boolescher Algebra dokumentiert. Im Fall der Materialbedarfsplanung werden Verbauraten zukünftiger Sonderausstattungen prognostiziert. Das grundsätzliche Problem, die Prognosen konsistent zu den angebotenen Konfigurationsvarianten zu gestalten, ist verwandt mit dem Entscheidungsproblem Probabilistic Satisfiability (PSAT). PSAT wurde Mitte des 19. Jahrhundert von George Boole formuliert und verknüpft die Aussagenlogik mit der Wahrscheinlichkeitsrechnung. Dennoch konnten erst Ende des 20. Jahrhunderts größere Instanzen mit Hilfe von linearer Optimierung gelöst werden. Auf Basis von PSAT werden in dieser Arbeit mathematisch exakte Methoden entwickelt, mit denen ein Planer von Verbauraten den durch die Produktdokumentation beschriebenen Raum der möglichen Konfigurationsvarianten vollständig berücksichtigen kann. Die Methoden ermöglichen es, einen zur Produktdokumentation konsistenten Bedarfsplan zu entwickeln. Die Teilebedarfsprognose unterstützend können außerdem die durch einen Bedarfsplan induzierten Verbauraten aller Bauteile evaluiert werden, die mit der Produktdokumentation logisch verknüpft sind

Integration von Inhalten aus Content-Managementsystemen in lokalen Suchmaschinen

Content-Managementsysteme haben eine wachsende Bedeutung bei der Verwal-tung digitaler Dokumente. Sie ermöglichen die zentrale Speicherung und den Zugriff auf mit Metadaten angereicherte Inhalte unterschiedlichsten Typs, wie semistrukturierte Texte, Multimedia- und Web-Daten. Die bestehenden Suchmaschinen haben den Nachteil, dass sie diese oft hochwertigen Daten nicht durchsuchen können. Ein Vorteil eines Content-Managementsystems ist die integrierte Retrievalkomponente, die umfangreiche Funktionen zur Volltextsuche und zur Anfrage an Metadaten bereitstellt. In dieser Diplomarbeit wurde eine Kopplungsarchitektur entwickelt, die bestehende Suchmaschinen und die von Content-Managementsystemen zur Verfügung gestellte Retrievalfunktionalität zu einem verteilten Retrievalsystem vereinigt

Rechnen mit verschlüsselten Programmen und Daten

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