On the Huffman and Alphabetic Tree Problem with General Cost Functions

We address generalized versions of the Huffman and Alphabetic Tree Problem where the cost caused by each individual leaf i, instead of being linear, depends on its depth in the tree by an arbitrary function. The objective is to minimize either the total cost or the maximum cost among all leaves. We review and extend the known results in this direction and devise a number of new algorithms and hardness proofs. It turns out that the Dynamic Programming approach for the Alphabetic Tree Problem can be extended to arbitrary cost functions, resulting in a time O(n (4)) optimal algorithm using space O(n (3)). We identify classes of cost functions where the well-known trick to reduce the runtime by a factor of n via a "monotonicity" property can be applied. For the generalized Huffman Tree Problem we show that even the k-ary version can be solved by a generalized version of the Coin Collector Algorithm of Larmore and Hirschberg (in Proc. SODA'90, pp. 310-318, 1990) when the cost functions are nondecreasing and convex. Furthermore, we give an O(n (2)logn) algorithm for the worst case minimization variants of both the Huffman and Alphabetic Tree Problem with nondecreasing cost functions. Investigating the limits of computational tractability, we show that the Huffman Tree Problem in its full generality is inapproximable unless P = NP, no matter if the objective function is the sum of leaf costs or their maximum. The alphabetic version becomes NP-hard when the leaf costs are interdependent.ArticleALGORITHMICA. 69(3): 582-604 (2014)journal articl

Re-designing Dynamic Content Delivery in the Light of a Virtualized Infrastructure

We explore the opportunities and design options enabled by novel SDN and NFV technologies, by re-designing a dynamic Content Delivery Network (CDN) service. Our system, named MOSTO, provides performance levels comparable to that of a regular CDN, but does not require the deployment of a large distributed infrastructure. In the process of designing the system, we identify relevant functions that could be integrated in the future Internet infrastructure. Such functions greatly simplify the design and effectiveness of services such as MOSTO. We demonstrate our system using a mixture of simulation, emulation, testbed experiments and by realizing a proof-of-concept deployment in a planet-wide commercial cloud system.Comment: Extended version of the paper accepted for publication in JSAC special issue on Emerging Technologies in Software-Driven Communication - November 201

ProcK: Machine Learning for Knowledge-Intensive Processes

We present a novel methodology to build powerful predictive process models. Our method, denoted ProcK (Process & Knowledge), relies not only on sequential input data in the form of event logs, but can learn to use a knowledge graph to incorporate information about the attribute values of the events and their mutual relationships. The idea is realized by mapping event attributes to nodes of a knowledge graph and training a sequence model alongside a graph neural network in an end-to-end fashion. This hybrid approach substantially enhances the flexibility and applicability of predictive process monitoring, as both the static and dynamic information residing in the databases of organizations can be directly taken as input data. We demonstrate the potential of ProcK by applying it to a number of predictive process monitoring tasks, including tasks with knowledge graphs available as well as an existing process monitoring benchmark where no such graph is given. The experiments provide evidence that our methodology achieves state-of-the-art performance and improves predictive power when a knowledge graph is available

Proteinnachweis und Lokalisation des nicht-selektiven Kationenkanals TRPC6 am menschlichen Herzen

1. Klinische Relevanz Herz-Kreislauf-Erkrankungen spielen aufgrund der immer älter werdenden Gesellschaft in Industrieländern eine zunehmend größere Rolle. Es konnte bereits gezeigt werden, dass der zellmembranständige, nicht-selektive TRPC6-Ionenkanal bei der Pathogenese von Herzerkrankungen von Bedeutung ist. Er ist unter anderem für das Calciumion permeabel, welches eine entscheidende Rolle bei der Kontraktion und Relaxation des Herzens einnimmt. Untersuchungen über den Ionenkanal werden insbesondere an Tiermodellen durchgeführt. Der TRPC6-Ionenkanal ist ein vielversprechender therapeutischer Angriffspunkt bei kardiovaskulären Erkrankungen. Ein tiefergreifendes Verständnis der physiologischen und pathophysiologischen Rolle sowie der Lokalisation von TRPC6 im humanen Herzgewebe ist die Grundlage für die Entwicklung neuer Medikamente. Wenngleich der TRPC6-Kanal in Tierversuchen und auch auf mRNA-Level beim Menschen nachgewiesen wurde, gibt es keine systematischen Untersuchungen zum TRPC6-Proteinnachweis am humanen Herzen. Ziel dieser Forschungsarbeit war der immunhistochemische Proteinnachweis des TRPC6-Ionenkanals im humanen Herzgewebe und die systematische Auswertung nach verschiedenen Lokalisationen, Strukturen und histologischen Schichten. 2. Material und Methoden Humane Gewebeproben des Herzens von insgesamt zwölf Körperspendern wurden jeweils aus dem rechten und linken Atrium, dem rechten und linken Ventrikel und dem Septum interventriculare entnommen. Die Körperspender stammen aus der Prosektur des Anatomischen Instituts der Medizinischen Fakultät der Universität des Saarlandes. Zehn der Körperspender waren NEP- (Nitritpökelsalz-Ethanol-Polyethylenglycol) fixiert und von zweien wurden die Proben unfixiert bei einem postmortalen Intervall von unter 24 Stunden entnommen. Mithilfe einer Rippenschere, eines Skalpells, verschiedener Pinzetten und anderer Instrumente konnte der Thorax eröffnet und das Herz herausgenommen werden. Von den eröffneten Atrien und Ventrikeln wurden mit einer Biopsiestanze standardisiert große Gewebeproben gewonnen. Die Biopsien wurden sofort nach der Entnahme mittels Formaldehyd-Lösung bzw. Paraformaldehyd immersionsfixiert. Für eine anschließende histologische Untersuchung wurden die Gewebeproben in Paraffin eingebettet, liegend eingeblockt, standardisiert 5 µm dicke Schnitte angefertigt und sowohl HE- als auch immunhistochemisch gefärbt. Die immunhistochemische Färbung erfolgte von ausgewählten Gewebeproben durch einen indirekten Nachweis mittels primärem, Knockout-validiertem TRPC6-Antikörper in der Verdünnung 1:100, einem HRP-konjugierten Sekundärantikörper in der Verdünnung 1:500 und dem Chromogen DAB. Positivkontrollen entfielen im Sinne einer internen Kontrolle und Negativkontrollen wurden bei jedem Färbedurchgang mitgeführt. Einmalig wurde eine Spezifitätskontrolle mit einem TRPC6-Blocking-Peptid durchgeführt. Die histologischen Präparate wurden anhand des Vorhandenseins bzw. Nichtvorhandenseins von TRPC6 nach Lokalisation (rechtes und linkes Atrium, rechter und linker Ventrikel, Septum interventriculare), histologischen Schichten (Epikard, Myokard, Endokard) und Strukturen (z. B. Kardiomyozyten, Bindegewebe, Gefäße) ausgewertet. 3. Ergebnisse und Interpretation Die Spezifität des Antikörpers konnte durch die Spezifitätskontrolle und durch stets negativ gefärbte Negativkontrollen gezeigt werden. Die Kardiomyozyten wiesen in jeder Lokalisation TRPC6 auf und grenzten sich von stets negativ gefärbtem Bindegewebe im Myokard ab. Die epikardialen und endokardialen Färbungen zeigten uneinheitliche Ergebnisse. Im Epikard wurde kein TRPC6 nachgewiesen und das Endokard wies insbesondere in der Lamina propria in einigen Präparaten TRPC6 auf, in anderen nicht. Die intramuskulären Arteriolen färbten sich zum überwiegenden Anteil positiv an, wohingegen die intramuskulären Venolen meist kein TRPC6 aufwiesen. TRPC6 konnte unabhängig vom Geschlecht, der Fixierungsart und der Todesursache nachgewiesen werden. 4. Ausblick Erstmalig wurde in dieser Arbeit das Protein des TRPC6-Ionenkanals im humanen Herzgewebe (außer am Herzohr) histologisch in verschiedenen Strukturen, Lokalisationen und histologischen Schichten - insbesondere in den Kardiomyozyten und den intramuskulären Arteriolen - immunhistochemisch nachgewiesen, so wie die TRPC6-Expression bereits von anderen Forschungsgruppen am Tiermodell am Herzen gezeigt werden konnte. Dieses deutet im Sinne des translationalen Konzeptes auf eine mögliche Übertragbarkeit von Forschungsergebnissen vom Tiermodell auf den Menschen hin. Dieses Ergebnis muss als Grundlage für weiterführende Untersuchungen angesehen werden. Aufgrund der steigenden Relevanz von kardiovaskulären Erkrankungen und TRPC6 als möglichem Angriffspunkt für eine medikamentöse Therapie im klinischen Alltag sollten die Forschungserkenntnisse durch weiterführende Studien ergänzt werden.Protein detection and localisation of the non-selective cation channel TRPC6 in the human heart Due to longer lifespans in societies in industrialized countries, cardiovascular diseases are becoming increasingly important for medical research. It has already been shown that the cell membrane-bound, non-selective TRPC6 ion channel is important in the pathogenesis of heart diseases. Among other things, it is permeable to calcium ion, which plays a critical role in cardiac contraction and relaxation. The TRPC6 ion channel is a promising therapeutic target in the treatment of cardiovascular diseases. A deeper understanding of the physiological and pathophysiological role as well as the localization of TRPC6 in human cardiac tissue is the basis for new drug development. Although the TRPC6 channel has been detected in animal experiments and at the mRNA level in humans, there have been no systematic studies of TRPC6 protein detection in the human heart. For the first time, TRPC6 ion channel protein was detected histologically in human heart tissue from body donors in different structures, localizations, and histological layers - particularly in cardiomyocytes and intramuscular arterioles - by immunohistochemistry, just as TRPC6 expression has already been shown in animal models of the heart by other research groups. In the sense of the translational concept, this indicates a possible transferability of research results from animal models to humans

Development of new Mn-based oxygen carriers using MgO and SiO2 as supports for Chemical Looping with Oxygen Uncoupling (CLOU)

Chemical Looping with Oxygen Uncoupling (CLOU) is a technological adaptation of CLC, most applicable for the combustion of solid fuels. In the CLOU process, an oxygen carrier in the fuel reactor, avoiding the direct contact of the fuel with the air, releases the oxygen needed for the fuel combustion. The oxygen carrier is regenerated with air in the interconnected air reactor. The present work explores the behavior of the system Mn/Mg/Si as oxygen carriers for chemical-looping with oxygen uncoupling (CLOU). Six different mixed oxides of the system Mn/Mg/Si were investigated for the CLC/CLOU process. Materials were prepared by spray drying with different metal ratios used in the investigation. The properties of interest for the viability of these materials are the lattice oxygen supply for CLC and the gaseous oxygen release for CLOU, properties that were explored in a TGA. Further, the fluidization behavior and the mechanical resistance were investigated in a batch fluidized bed reactor. In the TGA it was observed that the most reactive oxygen carriers for the CLOU process were materials without Si in the structure, more specifically M24Mg76 and M48Mg51 which had a molar ratio of Mn/Mg of 0.17 and 0.51 respectively. It was also observed that for the oxygen carriers with Si in the composition, the regeneration was very poor. Oxygen carriers M24Mg76 and M48Mg51 were selected for batch fluidized bed reactor testing showing good behavior with respect to the CLOU reactivity, and mechanical stability. One of the materials, the M24Mg76 showed activation during the experiments in the batch fluidized bed reactor experiments, increasing the oxygen transport capacity by 20 % during the experiment. However, 10 vol% of O2 was needed to regenerate both oxygen carriers at 850 \ub0C. No agglomeration tendencies were seen, and the attrition rate was low, obtaining high-extrapolated lifetime values. The fact that highly reactive oxygen carriers can be made with cheap and highly available metals oxides, i.e. Mn and Mg, makes this system very promising and a possible alternative to benchmark Cu-based CLOU materials