CrocoPat 2.1 Introduction and Reference Manual

CrocoPat is an efficient, powerful and easy-to-use tool for manipulating relations of arbitrary arity, including directed graphs. This manual provides an introduction to and a reference for CrocoPat and its programming language RML. It includes several application examples, in particular from the analysis of structural models of software systems.Comment: 19 pages + cover, 2 eps figures, uses llncs.cls and cs_techrpt_cover.sty, for downloading the source code, binaries, and RML examples, see http://www.software-systemtechnik.de/CrocoPat

Multi-level algorithms for modularity clustering

Modularity is one of the most widely used quality measures for graph clusterings. Maximizing modularity is NP-hard, and the runtime of exact algorithms is prohibitive for large graphs. A simple and effective class of heuristics coarsens the graph by iteratively merging clusters (starting from singletons), and optionally refines the resulting clustering by iteratively moving individual vertices between clusters. Several heuristics of this type have been proposed in the literature, but little is known about their relative performance. This paper experimentally compares existing and new coarsening- and refinement-based heuristics with respect to their effectiveness (achieved modularity) and efficiency (runtime). Concerning coarsening, it turns out that the most widely used criterion for merging clusters (modularity increase) is outperformed by other simple criteria, and that a recent algorithm by Schuetz and Caflisch is no improvement over simple greedy coarsening for these criteria. Concerning refinement, a new multi-level algorithm is shown to produce significantly better clusterings than conventional single-level algorithms. A comparison with published benchmark results and algorithm implementations shows that combinations of coarsening and multi-level refinement are competitive with the best algorithms in the literature.Comment: 12 pages, 10 figures, see http://www.informatik.tu-cottbus.de/~rrotta/ for downloading the graph clustering softwar

Spatial noise correlations of a chain of ultracold fermions - A numerical study

We present a numerical study of noise correlations, i.e., density-density correlations in momentum space, in the extended fermionic Hubbard model in one dimension. In experiments with ultracold atoms, these noise correlations can be extracted from time-of-flight images of the expanding cloud. Using the density-matrix renormalization group method to investigate the Hubbard model at various fillings and interactions, we confirm that the shot noise contains full information on the correlations present in the system. We point out the importance of the sum rules fulfilled by the noise correlations and show that they yield nonsingular structures beyond the predictions of bosonization approaches. Noise correlations can thus serve as a universal probe of order and can be used to characterize the many-body states of cold atoms in optical lattices.Comment: 12 pages, 7 figure

Die Rolle von mikroRNAs in der TRAIL induzierten Apoptose bei Pankreasadenokarzinomzellen

MikroRNAs sind kleine nicht kodierende RNAs die regulierend auf post-transkriptionaler Ebene in die Genexpression eingreifen. TRAIL gehört zur TNF Superfamilie und induziert Apoptose hauptsächlich in Tumorzellen. PDACs weisen oftmals eine TRAIL-induzierte Apoptoseresistenz auf. Um die mögliche Deregulation der mikroRNA-Genexpression nach TRAIL-Rezeptor Aktivierung zu untersuchen, wurden Colo357-Zellen mit TRAIL behandelt und die Genexpression der mikroRNAs mittels mikroRNA-Array Analyse und qRT-PCR analysiert. Die TRAIL-Behandlung induzierte die Genexpression der reifen mikroRNA-197 und reduzierte die Genexpression der reifen mikroRNA-432* in TRAIL-sensitiven Colo357-Zellen. Des Weiteren wirkte sich das experimentelle Aus- und Anschalten von mehreren mikroRNAs (miR-197, miR-432* und miR 452*) nach TRAIL-induzierter Apoptose in TRAIL sensitiven Colo357-Zellen und in TRAIL-resistenten Panc89-Zellen auf die Apoptoseinduktion aus. Das Ausschalten der mikroRNA-197 in Panc89-Zellen erhöhte außerdem die Sensibilität gegenüber FasL, aber nicht gegenüber TNFα. Die Inhibition der mikroRNA-197 führte zu einer PARP-Spaltung in unbehandelten Panc89-Zellen. Wohingegen die Überexpression der mikroRNA-432* in Panc89-Zellen zu einer verstärkten PARP Spaltung nach TRAIL-induzierter Apoptose führte. Das Ausschalten der mikroRNA-197 und das gleichzeitige Anschalten der mikroRNA-432* resultierte in einer verstärkten Apoptose nach TRAIL-Behandlung. Die Ergebnisse zeigen, dass mikroRNA-197 und mikroRNA-432* vielversprechende Kandidaten sein könnten, um TRAIL-resistente PDACs in TRAIL-sensitive PDACs umzuwandeln. Weiterhin reduzierte das Ausschalten der mikroRNA-197 Genexpression signifikant die Proliferation von Colo357- und Panc89-Zellen durch die Aktivierung des p38 Signaltransduktionsweges und führte auch zur Sezernierung von IL-6 und zu Caspase-abhängigen Zelltod. Ähnlich Effekte wurden auch bei HeLa-Zellen gemessen. Durch differentielle 2D-Gelelektrophorese und anschließende Massenspektometrie wurde nach Ausschalten der mikroRNA-197 eine Hochregulation der Ran GTPase Genexpression gemessen. MikroRNA-mRNA-Bindesequenzvorhersageprogramme zeigen, dass mikroRNA-197 an die 3’-UTR der mRNA der Ran GTPase binden kann. Dies konnte experimentell verifiziert werden. Da das Gen der Ran GTPase in vielen unterschiedlichen Tumoren überexprimiert wird und die Inhibition in Tumorzellen aber nicht in gesunden Zellen zu Apoptose führt, zeigen diese Daten, dass mikroRNA-197 eine wichtige Rolle in der Malignität von epithelialen Zellen, durch die Regulation der Ran GTPase-Genexpression, spielen könnte

Einheitliche Gütemaße für Clusterings, Layouts und Orderings von Graphen, und deren Anwendung als Software-Entwurfskriterien

How good is a given graph clustering, graph layout, or graph ordering --specifically, how well does it group densely connected vertices and separate sparsely connected vertices? How good is a given software design -- specifically, how well does it minimize the interdependence of the subsystems? This work introduces and validates simple and uniform measures for these two properties. Together with existing optimization algorithms, the introduced measures enable the automatic computation e.g. of communities in social networks and of design flaws in software systems. The first part derives, validates, and unifies quality measures for graph clusterings, graph layouts, and graph orderings, with the following results: - Identical quality measures can be applied to clusterings, layouts, and orderings; this enables the computation of consistent clusterings, layouts, and orderings. - Diverse existing and new measures can be unified into few general measures; this facilitates their comparison and validation. - Many existing measures are biased towards certain clusterings, layouts, or orderings, even for graphs without particularly dense or sparse subgraphs, and thus do not (only) measure quality in the above sense. - For example graphs, the minimization of new, unbiased (or weakly biased) measures reveals nonobvious groups, e.g. communities in social networks, subject areas in hypertexts, or closely interlocked countries in international trade. The second part derives, validates, and unifies dependency-based indicators of software design quality. It applies two quality measures for graph clusterings as measures for the coupling of software subsystems -- specifically for the coupling indicated by common changes and for the coupling indicated by references -- and shows: - The measures quantify the dependency-caused development costs, under well-defined simplifying assumptions. - The minimization of the measures conforms to existing dependency-related design principles (like locality of change, acyclicity of references, and stability of references), design rules, and design patterns. - For example software systems, the incremental minimization of the measures reveals nonobvious design flaws, like the distribution of coherent responsibilities over several subsystems, or references from low-level to high-level subsystems. In summary, this work shows that - simple measures can suffice to capture important aspects of graph clustering quality, graph layout quality, graph ordering quality, and software design quality, and - the optimization of simple measures can suffice to detect nonobvious and often useful structure in various real-world systems.Wie gut ist ein Graph-Clustering, Graph-Layout oder Graph-Ordering -- insbesondere, wie gut gruppiert es dicht verbundene Knoten? Wie gut ist ein Software-Entwurf -- insbesondere, wie gut minimiert er die Abhängigkeiten zwischen Subsystemen? Für diese beiden Eigenschaften definiert und validiert die vorliegende Arbeit einfache und einheitliche Maße. Zusammen mit existierenden Optimierungsalgorithmen ermöglichen diese Maße die automatische Entdeckung z.B. von kohäsiven Communities in sozialen Netzwerken und von Entwurfsfehlern in Software-Systemen. Der erste Teil definiert, validiert und vereinheitlicht Gütemaße für Graph-Clusterings, Graph-Layouts und Graph-Orderings, mit folgenden Ergebnissen: - Identische Gütemaße können auf Clusterings, Layouts und Orderings angewendet werden. Dies ermöglicht die Berechnung von konsistenten Clusterings, Layouts und Orderings. - Viele existierende und neue Gütemaße können zu wenigen allgemeinen Maßen vereinheitlicht werden; dies erleichtert ihren Vergleich und ihre Validierung. - Viele existierende Maße messen nicht (nur) Güte im obigen Sinne, da sie selbst für Graphen ohne ungewöhnlich dichte oder dünne Teilgraphen bestimmte Clusterings, Layouts oder Orderings bevorzugen. - Durch Optimierung verbesserter Maße lassen sich nicht-offensichtliche Gruppen in vielen realen Systemen finden, z.B. Communities in sozialen Netzwerken, Themengebiete in Hypertexten, und Integrationsräume in der Weltwirtschaft. Der zweite Teil definiert, validiert und vereinheitlicht abhängigkeitsbasierte Indikatoren für Software-Entwurfsqualität. Er verwendet zwei Gütemaße für Graph-Clusterings als Maße für die Kopplung von Software-Subsystemen -- insbesondere für Kopplung, deren Symptom gemeinsame Änderungen sind und für Kopplung, deren Ursache Referenzen sind -- und zeigt: - Die Maße quantifizieren die durch Abhängigkeiten verursachten Entwicklungskosten, unter vereinfachenden Annahmen. - Die Optimierung der Maße impliziert anerkannte Entwurfsprinzipien (z.B. Lokalität von Änderungen, Azyklizität von Referenzen, und Stabilität von Referenzen), Entwurfsregeln und Entwurfsmuster. - Durch Optimierung der Maße lassen sich nicht-offensichtliche Entwurfsfehler finden, z.B. die Verteilung kohärenter Verantwortlichkeiten über mehrere Subsysteme, oder Referenzen von allgemeinen zu speziellen Subsystemen. Zusammenfassend zeigt die Arbeit, dass - einfache Maße ausreichen, um wichtige Aspekte der Qualität von Graph-Clusterings, Graph-Layouts, Graph-Orderings und Software-Entwürfen zu formalisieren, und - die Optimierung einfacher Maße ausreicht, um nicht-offensichtliche und nützliche Struktur in verschiedensten Systemen zu finden

The FFLO state in the one-dimensional attractive Hubbard model and its fingerprint in the spatial noise correlations

We explore the pairing properties of the one-dimensional attractive Hubbard model in the presence of finite spin polarization. The correlation exponents for the most important fluctuations are determined as a function of the density and the polarization. We find that in a system with spin population imbalance, Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (FFLO)-type pairing at wavevector Q=|k_{F,\uparrow}-k_{F,\downarrow}| is always dominant and there is no Chandrasekhar-Clogston limit. We then investigate the case of weakly coupled 1D systems and determine the region of stability of the 1D FFLO phase. This picture is corroborated by density-matrix-renormalization-group (DMRG) simulations of the spatial noise correlations in uniform and trapped systems, unambiguously revealing the presence of fermion pairs with nonzero momentum Q. This opens up an interesting possibility for experimental studies of FFLO states.Comment: 8 pages, 4 figure

MEMS Gravity Sensors for Imaging Density Anomalies

Gravimeters measure small changes in the local gravitational acceleration. They are applied for environmental monitoring, oil and gas prospecting and defence and security. Gravimeters used in these applications have a remarkable sensitivity but at a cost of being bulky and very expensive. Recently, a micro-electrical mechanical system (MEMS) gravimeter has been developed, which was cheap, had a comparable sensitivity to commercial gravimeters and maintained its stability over long timescales (10−6 Hz). In this paper we discuss to replace the current shadow sensor readout with an on-chip interferometer. This new readout has a higher sensitivity so that the device can be more robust and reduces the system size. The design of this readout is discussed and the first experimental results are presented. The new readout improves the imaging capabilities of density anomalies of the device