Solving Constrained Piecewise Linear Optimization Problems by Exploiting the Abs-linear Approach

In dieser Arbeit wird ein Algorithmus zur Lösung von endlichdimensionalen Optimierungsproblemen mit stückweise linearer Zielfunktion und stückweise linearen Nebenbedingungen vorgestellt. Dabei wird angenommen, dass die Funktionen in der sogenannten Abs-Linear Form, einer Matrix-Vektor-Darstellung, vorliegen. Mit Hilfe dieser Form lässt sich der Urbildraum in Polyeder zerlegen, so dass die Nichtglattheiten der stückweise linearen Funktionen mit den Kanten der Polyeder zusammenfallen können. Für die Klasse der abs-linearen Funktionen werden sowohl für den unbeschränkten als auch für den beschränkten Fall notwendige und hinreichende Optimalitätsbedingungen bewiesen, die in polynomialer Zeit verifiziert werden können. Für unbeschränkte stückweise lineare Optimierungsprobleme haben Andrea Walther und Andreas Griewank bereits 2019 mit der Active Signature Method (ASM) einen Lösungsalgorithmus vorgestellt. Aufbauend auf dieser Methode und in Kombination mit der Idee der aktiven Mengen Strategie zur Behandlung von Ungleichungsnebenbedingungen entsteht ein neuer Algorithmus mit dem Namen Constrained Active Signature Method (CASM) für beschränkte Probleme. Beide Algorithmen nutzen die stückweise lineare Struktur der Funktionen explizit aus, indem sie die Abs-Linear Form verwenden. Teil der Analyse der Algorithmen ist der Nachweis der endlichen Konvergenz zu lokalen Minima der jeweiligen Probleme sowie die Betrachtung effizienter Berechnung von Lösungen der in jeder Iteration der Algorithmen auftretenden Sattelpunktsysteme. Die numerische Performanz von CASM wird anhand verschiedener Beispiele demonstriert. Dazu gehören akademische Probleme, einschließlich bi-level und lineare Komplementaritätsprobleme, sowie Anwendungsprobleme aus der Gasnetzwerkoptimierung und dem Einzelhandel.This thesis presents an algorithm for solving finite-dimensional optimization problems with a piecewise linear objective function and piecewise linear constraints. For this purpose, it is assumed that the functions are in the so-called Abs-Linear Form, a matrix-vector representation. Using this form, the domain space can be decomposed into polyhedra, so that the nonsmoothness of the piecewise linear functions can coincide with the edges of the polyhedra. For the class of abs-linear functions, necessary and sufficient optimality conditions that can be verified in polynomial time are given for both the unconstrained and the constrained case. For unconstrained piecewise linear optimization problems, Andrea Walther and Andreas Griewank already presented a solution algorithm called the Active Signature Method (ASM) in 2019. Building on this method and combining it with the idea of the Active Set Method to handle inequality constraints, a new algorithm called the Constrained Active Signature Method (CASM) for constrained problems emerges. Both algorithms explicitly exploit the piecewise linear structure of the functions by using the Abs-Linear Form. Part of the analysis of the algorithms is to show finite convergence to local minima of the respective problems as well as an efficient solution of the saddle point systems occurring in each iteration of the algorithms. The numerical performance of CASM is illustrated by several examples. The test problems cover academic problems, including bi-level and linear complementarity problems, as well as application problems from gas network optimization and inventory problems

Touch- and Walkable Virtual Reality to Support Blind and Visually Impaired Peoples‘ Building Exploration in the Context of Orientation and Mobility

Der Zugang zu digitalen Inhalten und Informationen wird immer wichtiger für eine erfolgreiche Teilnahme an der heutigen, zunehmend digitalisierten Zivilgesellschaft. Solche Informationen werden meist visuell präsentiert, was den Zugang für blinde und sehbehinderte Menschen einschränkt. Die grundlegendste Barriere ist oft die elementare Orientierung und Mobilität (und folglich die soziale Mobilität), einschließlich der Erlangung von Kenntnissen über unbekannte Gebäude vor deren Besuch. Um solche Barrieren zu überbrücken, sollten technische Hilfsmittel entwickelt und eingesetzt werden. Es ist ein Kompromiss zwischen technologisch niedrigschwellig zugänglichen und verbreitbaren Hilfsmitteln und interaktiv-adaptiven, aber komplexen Systemen erforderlich. Die Anpassung der Technologie der virtuellen Realität (VR) umfasst ein breites Spektrum an Entwicklungs- und Entscheidungsoptionen. Die Hauptvorteile der VR-Technologie sind die erhöhte Interaktivität, die Aktualisierbarkeit und die Möglichkeit, virtuelle Räume und Modelle als Abbilder von realen Räumen zu erkunden, ohne dass reale Gefahren und die begrenzte Verfügbarkeit von sehenden Helfern auftreten. Virtuelle Objekte und Umgebungen haben jedoch keine physische Beschaffenheit. Ziel dieser Arbeit ist es daher zu erforschen, welche VR-Interaktionsformen sinnvoll sind (d.h. ein angemessenes Verbreitungspotenzial bieten), um virtuelle Repräsentationen realer Gebäude im Kontext von Orientierung und Mobilität berührbar oder begehbar zu machen. Obwohl es bereits inhaltlich und technisch disjunkte Entwicklungen und Evaluationen zur VR-Technologie gibt, fehlt es an empirischer Evidenz. Zusätzlich bietet diese Arbeit einen Überblick über die verschiedenen Interaktionen. Nach einer Betrachtung der menschlichen Physiologie, Hilfsmittel (z.B. taktile Karten) und technologischen Eigenschaften wird der aktuelle Stand der Technik von VR vorgestellt und die Anwendung für blinde und sehbehinderte Nutzer und der Weg dorthin durch die Einführung einer neuartigen Taxonomie diskutiert. Neben der Interaktion selbst werden Merkmale des Nutzers und des Geräts, der Anwendungskontext oder die nutzerzentrierte Entwicklung bzw. Evaluation als Klassifikatoren herangezogen. Begründet und motiviert werden die folgenden Kapitel durch explorative Ansätze, d.h. im Bereich 'small scale' (mit sogenannten Datenhandschuhen) und im Bereich 'large scale' (mit einer avatargesteuerten VR-Fortbewegung). Die folgenden Kapitel führen empirische Studien mit blinden und sehbehinderten Nutzern durch und geben einen formativen Einblick, wie virtuelle Objekte in Reichweite der Hände mit haptischem Feedback erfasst werden können und wie verschiedene Arten der VR-Fortbewegung zur Erkundung virtueller Umgebungen eingesetzt werden können. Daraus werden geräteunabhängige technologische Möglichkeiten und auch Herausforderungen für weitere Verbesserungen abgeleitet. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse kann sich die weitere Forschung auf Aspekte wie die spezifische Gestaltung interaktiver Elemente, zeitlich und räumlich kollaborative Anwendungsszenarien und die Evaluation eines gesamten Anwendungsworkflows (d.h. Scannen der realen Umgebung und virtuelle Erkundung zu Trainingszwecken sowie die Gestaltung der gesamten Anwendung in einer langfristig barrierefreien Weise) konzentrieren.Access to digital content and information is becoming increasingly important for successful participation in today's increasingly digitized civil society. Such information is mostly presented visually, which restricts access for blind and visually impaired people. The most fundamental barrier is often basic orientation and mobility (and consequently, social mobility), including gaining knowledge about unknown buildings before visiting them. To bridge such barriers, technological aids should be developed and deployed. A trade-off is needed between technologically low-threshold accessible and disseminable aids and interactive-adaptive but complex systems. The adaptation of virtual reality (VR) technology spans a wide range of development and decision options. The main benefits of VR technology are increased interactivity, updatability, and the possibility to explore virtual spaces as proxies of real ones without real-world hazards and the limited availability of sighted assistants. However, virtual objects and environments have no physicality. Therefore, this thesis aims to research which VR interaction forms are reasonable (i.e., offering a reasonable dissemination potential) to make virtual representations of real buildings touchable or walkable in the context of orientation and mobility. Although there are already content and technology disjunctive developments and evaluations on VR technology, there is a lack of empirical evidence. Additionally, this thesis provides a survey between different interactions. Having considered the human physiology, assistive media (e.g., tactile maps), and technological characteristics, the current state of the art of VR is introduced, and the application for blind and visually impaired users and the way to get there is discussed by introducing a novel taxonomy. In addition to the interaction itself, characteristics of the user and the device, the application context, or the user-centered development respectively evaluation are used as classifiers. Thus, the following chapters are justified and motivated by explorative approaches, i.e., in the group of 'small scale' (using so-called data gloves) and in the scale of 'large scale' (using an avatar-controlled VR locomotion) approaches. The following chapters conduct empirical studies with blind and visually impaired users and give formative insight into how virtual objects within hands' reach can be grasped using haptic feedback and how different kinds of VR locomotion implementation can be applied to explore virtual environments. Thus, device-independent technological possibilities and also challenges for further improvements are derived. On the basis of this knowledge, subsequent research can be focused on aspects such as the specific design of interactive elements, temporally and spatially collaborative application scenarios, and the evaluation of an entire application workflow (i.e., scanning the real environment and exploring it virtually for training purposes, as well as designing the entire application in a long-term accessible manner)

Influence of hydroxyethyl starch (6% HES 130/0.4) administration on hematology and clinical chemistry parameters

Background: The chemical inertness of hydroxyethyl starch (HES) might cause interferences of the colloid with a variety of laboratory tests. We aimed to evaluate potential influences of HES 130/0.4, the newest HES type, on several common hematology and clinical chemistry parameters. Methods and results: A convenient sample of 25 patients scheduled for rheological therapy with 500 mL 6% HES 130/0.4 was evaluated. Blood samples were drawn before and after colloid application. Comparing pre- and post-infusion values of a battery of laboratory tests (i.e., hematology and hemostasis parameters, electrolytes, enzymes, kidney and metabolic parameters, lipids, etc.) in time course, a median difference greater than the reference change value for a specific parameter was considered clinically relevant. Among all parameters tested, only serum amylase activity displayed a clinically relevant difference between pre- and post-infusion values (median increase of 85% due to HES administration). By applying in vitro experiments, we demonstrated that serum amylase values obtained in the samples diluted in a 1:1 ratio with HES 130/0.4 and in samples diluted in a 1:1 ratio with 0.9% NaCl displayed a negligible median difference of 3%. Conclusions: The in vivo effect of HES 130/0.4 administration on serum amylase activity observed in our study was pharmacological (real) in nature. With the exception of the influence of HES 130/0.4 on amylase activity, the effects of HES 130/0.4 on other parameters tested in this study can be interpreted as having no clinical relevance

Determinação de cores dos solos na bacia hidrográfica do rio Marombas (SC)

TCC (graduação)- Universidade Federal de Santa Catarina. Campus Curitibanos. Agronomia.O Solo é resultante de processos pedogenéticos. Dentre os atributos do solo, a cor é inicialmente a principal característica a ser percebida ao observar um perfil de solo, no campo, a cor é utilizada para identificar e classificar o tipo de solo. O sistema Munsell é ainda hoje o mais utilizado. A Carta de Munsell classifica as cores em três componentes, matiz, valor e croma, onde o matiz é a cor dominante, valor refere-se à tonalidade e o croma relaciona-se com a pureza da cor. Porém, este método convencional depende de fatores que não podem ser controlados, como a luz incidente no solo, percepção visual do observador e a referência das cores que podem se desgastar ao longo do tempo. A partir de informações do solo, podem-se aplicar diversos métodos matemáticos e estatísticos os quais fornecem como resultados, dados quantitativos da distribuição e gênese do solo. Esse tipo de estudo é também conhecido como pedometria, uma subárea da pedologia ou também uma ciência multidisciplinar dentro da Ciência do Solo capaz de facilitar a classificação dos solos. Dessa forma, buscou-se determinar as cores do solo e utilizar a linguagem computacional para analisar as cores de forma quantitativa. Foram determinadas as cores de 12 perfis de solo da Mesorregião Serrana do estado de Santa Catarina no sul do Brasil. Foi utilizada a carta de Munsell onde se obteve matiz, valor e croma, e utilizado a linguagem R para análise quantitativa das cores. Prevaleceram os matizes 2.5YR, 5YR e 7.5YR, valores variando de 3 a 4 e croma variando de 4 a 8 em profundidade. A análise quantitativa possibilitou uma melhor visualização de um perfil de solo em profundidade podendo relacionar a cor e seus atributos texturais além do carbono orgânico do solo. Contudo, mais estudos envolvendo a pedometria devem ser conduzidos, de modo a contribuir para a pedologia na classificação dos solos de forma rápida e precisa.The Soil is the result of pedogenetic processes. Among the attributes of the soil, the main characteristic is the perception of the soil profile, in the countryside, the color is used to identify and classify the soil type. The Munsell system is still the most used, the Munsell Color Chart classifies the colors in three components, hue, value and chroma, where hue is a dominant key, value refers to hue, and chroma is related to a purity of color. However, this conventional method depends on factors that can’t be controlled, such as light incident on the ground, visual perception of the observer and the reference of colors that can wear out over time. From soil information, several mathematical and statistical methods can be applied which provide as results, quantitative data of the distribution and genesis of the soil. This type of study is also known as pedometry, a sub-area of pedology or also a multidisciplinary science within Soil Science facilitating the classification of soils. In this way, we tried to determine as soil colors and to use a computational language to analyze the colors in a quantitative way. The colors of 12 soil profiles of the Marombas River Basin of Santa Catarina state in southern Brazil were determined. We used a Munsell Color Chart where we acquired hue, value and chroma and the R language was used for quantitative color analysis. Overcrow the hue 2.5YR, 5YR and 7.5YR, values ranging from 3 to 4 and chroma ranging from 4 to 8 in depth. A quantitative analysis allowed a better visualization of a soil profile in relation to its respective textural components, besides the organic carbon of the soil. However, further studies involving pedometry should be conducted in order to contribute to pedology in soil classification quickly and accurately

Ausbildung von Schülern zu Ersthelfern bei der Reanimation

Zusammenfassung: Hintergrund: Die Ersthelferreanimationsquoten in Deutschland liegen deutlich unter den Möglichkeiten. Eines der zugrunde liegenden Probleme könnte die zu späte Unterweisung im Verlauf der Lernkarriere sein. Ziel der Arbeit: In diesem Beitrag werden theoriegeleitete Argumente diskutiert, die einen Beginn der Reanimationsausbildung bereits in der Schulzeit unterstützen. Außerdem wird beleuchtet, welche Strategien dazu bisher in Deutschland verfolgt werden. Material und Methoden: Diskussion auf der Basis von verfügbarer Literatur. Ergebnisse: Eine frühzeitige systematische und sequenziell aufbauende Schulung von spezifischen, evidenzbasierten Maßnahmen zur Reanimation könnte eine Möglichkeit zur Verbesserung der Reanimationsergebnisse sein. Allerdings finden sich derzeit in Deutschland nur punktuelle, wenn auch sehr engagierte Aktivitäten, die selten nachhaltig angelegt sind. Darüber hinaus sind die Inhalte heterogen und eine Qualitätskontrolle ist beinahe unmöglich. Schlussfolgerung: Eine nationale Initiative zur flächendeckenden, verpflichtenden Einführung von Reanimationstrainings im Verlauf der schulischen Ausbildung ist aus gesellschaftlicher Sicht unbedingt zu fordern. Diese Initiative sollte konzertiert auf möglichst breiter Basis der Interessensgruppen verfolgt werde

5G and AI technology application in the AMTC learning factory

5G and AI (Artificial Intelligence) are changing industrial production and offer great potential for manufacturing enterprises. One of the effects resulting from the increasing quantity of production data is the increasing demands of transmission of large amounts of data, fast transmission speed, and rapid data analysis. However, merely relying on traditional communication technology and manual data processing does not lead to high transmission performance and low analysis time. It is essential to integrate 5G and AI technology to flexibly transmit large amounts of data and real-time data. To demonstrate the feasibility and potential of these two technologies, a concept was developed at the Advanced Manufacturing Technology Center (AMTC) at the Tongji University (Shanghai, China) and further implemented in the AMTC learning factory in cooperation with wbk of Karlsruhe Institute of Technology (Karlsruhe, Germany) and Ruhr-University Bochum (Bochum, Germany). This paper presents the learning factory design in detail, describing the concept design, training environment and training phases in the AMTC learning factory. It is followed by a case study consisting of specific examples of 5G and AI, implemented in the AMTC learning factory. The importance of integrated 5G and AI applications is pointed out and discussed