Kaiserslautern - Fachbereich Informatik
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Forschungsprojekte im Bereich des fallbasierten Schliessens in den USA, die Verfügbarkeit kommerzieller fallbasierter Shells, sowie erste Forschungsergebnisse initialer deutscher Projekte haben auch in Deutschland verstärkte Aktivitäten auf dem Gebiet des fallbasierten Schliessens ausgelöst. In diesem Artikel sollen daher Projekte, die sich als Schwerpunkt oder als Teilaspekt mit fallbasierten Aspekten beschäftigen, einer breiteren Öffentlichkeit kurz vorgestellt werden.
Die Verwendung von existierenden Planungsansätzen zur Lösung von realen Anwendungs- problemen führt meist schnell zur Erkenntnis, dass eine vorliegende Problemstellung im Prinzip zwar lösbar ist, der exponentiell anwachsende Suchraum jedoch nur die Behandlung relativ kleiner Aufgabenstellungen erlaubt. Beobachtet man jedoch menschliche Planungsexperten, so sind diese in der Lage bei komplexen Problemen den Suchraum durch Abstraktion und die Verwendung bekannter Fallbeispiele als Heuristiken, entscheident zu verkleinern und so auch für schwierige Aufgabenstellungen zu einer akzeptablen Lösung zu gelangen. In dieser Arbeit wollen wir am Beispiel der Arbeitsplanung ein System vorstellen, das Abstraktion und fallbasierte Techniken zur Steuerung des Inferenzprozesses eines nichtlinearen, hierarchischen Planungssystems einsetzt und so die Komplexität der zu lösenden Gesamtaufgabe reduziert.
We describe a hybrid architecture supporting planning for machining workpieces. The archi- tecture is built around CAPlan, a partial-order nonlinear planner that represents the plan already generated and allows external control decision made by special purpose programs or by the user. To make planning more efficient, the domain is hierarchically modelled. Based on this hierarchical representation, a case-based control component has been realized that allows incremental acquisition of control knowledge by storing solved problems and reusing them in similar situations.
We describe a hybrid case-based reasoning system supporting process planning for machining workpieces. It integrates specialized domain dependent reasoners, a feature-based CAD system and domain independent planning. The overall architecture is build on top of CAPlan, a partial-order nonlinear planner. To use episodic problem solving knowledge for both optimizing plan execution costs and minimizing search the case-based control component CAPlan/CbC has been realized that allows incremental acquisition and reuse of strategical problem solving experience by storing solved problems as cases and reusing them in similar situations. For effective retrieval of cases CAPlan/CbC combines domain-independent and domain-specific retrieval mechanisms that are based on the hierarchical domain model and problem representation.
In den letzten Jahren wurden Methoden des fallbasierten Schliessens häufig in Bereichen verwendet, in denen traditionell symbolische Verfahren zum Einsatz kommen, beispielsweise in der Klassifikation. Damit stellt sich zwangsläufig die Frage nach den Unterschieden bzw. der Mächtigkeit dieser Lernverfahren. Jantke [Jantke, 1992] hat bereits Gemeinsamkeiten von Induktiver Inferenz und fallbasierter Klassifikation untersucht. In dieser Arbeit wollen wir einige Zusammenhänge zwischen der Fallbasis, dem Ähnlichkeitsmass und dem zu erlernenden Begriff verdeutlichen. Zu diesem Zweck wird ein einfacher symbolischer Lernalgorithmus (der Versionenraum nach [Mitchell, 1982]) in eine äquivalente, fallbasiert arbeitende Variante transformiert. Die vorgestellten Ergebnisse bestätigen die Äquivalenz von symbolischen und fallbasierten Ansätzen und zeigen die starke Abhängigkeit zwischen dem im System verwendeten Mass und dem zu lernenden Begriff.
Die Mehrzahl aller CBR-Systeme in der Diagnostik verwendet für das Fallretrieval ein numerisches Ähnlichkeitsmass. In dieser Arbeit wird ein Ansatz vorgestellt, bei dem durch die Einführung eines an den Komponenten des zu diagnostizierenden technischen Systems orientierten Ähnlichkeitsbegriffs nicht nur das Retrieval wesentlich verbessert werden kann, sondern sich auch die Möglichkeit zu einer echten Fall- und Lösungstransformation bietet. Dies führt wiederum zu einer erheblichen Verkleinerung der Fallbasis. Die Ver- wendung dieses Ähnlichkeitsbegriffes setzt die Integration von zusätzlichem Wissen voraus, das aus einem qualitativem Modell der Domäne (im Sinne der modellbasierten Diagnostik) gewonnen wird.
Im Bereich der Expertensysteme ist das Problemlösen auf der Basis von Fallbeispielen ein derzeit sehr aktuelles Thema. Da sich sehr unterschiedliche Fachgebiete und Disziplinen hiermit auseinandersetzen, existiert allerdings eine entsprechende Vielfalt an Begriffen und Sichten auf fallbasiertes Problemlösen. In diesem Beitrag werden wir einige für das fallbasierte Problemlösen wichtige Begriffe präzisieren bzw. begriffliche Zusammenhänge aufdecken. Die dabei verfolgte Leitlinie ist weniger die, ein vollständiges Begriffsgebäude zu entwickeln, sondern einen ersten Schritt in Richtung eines einfachen Beschreibungsrahmens zu gehen, um damit den Vergleich verschiedener Ansätze und Systeme zu ermöglichen. Auf dieser Basis wird dann der derzeitige Stand der Forschung am Beispiel konkreter Systeme zur fallbasierten Diagnose dargelegt. Den Abschluss bildet eine Darstellung bislang offener Fragen und interessanter Forschungsziele.
Correctness and runtime efficiency are essential properties of software ingeneral and of high-speed protocols in particular. Establishing correctnessrequires the use of FDTs during protocol design, and to prove the protocolcode correct with respect to its formal specification. Another approach toboost confidence in the correctness of the implementation is to generateprotocol code automatically from the specification. However, the runtimeefficiency of this code is often insufficient. This has turned out to be amajor obstacle to the use of FDTs in practice.One of the FDTs currently applied to communication protocols is Es-telle. We show how runtime efficiency can be significantly improved byseveral measures carried out during the design, implementation and run-time of a protocol. Recent results of improvements in the efficiency ofEstelle-based protocol implementations are extended and interpreted.
Retrieval of cases is one important step within the case-based reasoning paradigm. We propose an improvement of this stage in the process model for finding most similar cases with an average effort of O[log2n], n number of cases. The basic idea of the algorithm is to use the heterogeneity of the search space for a density-based structuring and to employ this precomputed structure, a k-d tree, for efficient case retrieval according to a given similarity measure sim. In addition to illustrating the basic idea, we present the expe- rimental results of a comparison of four different k-d tree generating strategies as well as introduce the notion of virtual bounds as a new one that significantly reduces the retrieval effort from a more pragmatic perspective. The presented approach is fully implemented within the (Patdex) system, a case-based reasoning system for diagnostic applications in engineering domains.
Patdex is an expert system which carries out case-based reasoning for the fault diagnosis of complex machines. It is integrated in the Moltke workbench for technical diagnosis, which was developed at the university of Kaiserslautern over the past years, Moltke contains other parts as well, in particular a model-based approach; in Patdex where essentially the heuristic features are located. The use of cases also plays an important role for knowledge acquisition. In this paper we describe Patdex from a principal point of view and embed its main concepts into a theoretical framework.
Die Realisierung zunehmend komplexer Softwareprojekte erfordert das direkte und indirekteZusammenwirken einer immer größer werdenden Zahl von Personen. Die dafür benötigte Infrastrukturist mit der zunehmenden globalen Rechner-Vernetzung bereits vorhanden, doch wird ihr Potential vonherkömmlichen Werkzeugen in der Regel bei weitem nicht ausgeschöpft. Das in diesem Artikelvorgestellte Rahmenmodell für Softwareentwicklung wurde explizit im Hinblick auf die globaleKooperation von Entwicklern entworfen. WebMake, eine auf diesem Modell basierende Software-entwicklungsumgebung, adressiert das Ziel seiner Einsetzbarkeit im globalen Maßstab durch dieVerwendung des World-Wide Web als Datenspeicherungs- und Kommunikationsinfrastruktur.
We describe a platform for the portable and secure execution of mobile agents writtenin various interpreted languages on top of a common run-time core. Agents may migrate at anypoint in their execution, fully preserving their state, and may exchange messages with otheragents. One system may contain many virtual places, each establishing a domain of logicallyrelated services under a common security policy governing all agents at this place. Agents areequipped with allowances limiting their resource accesses, both globally per agent lifetime andlocally per place. We discuss aspects of this architecture and report about ongoing work.
AbstractOne main purpose for the use of formal description techniques (FDTs) is formal reasoningand verification. This requires a formal calculus and a suitable formal semantics of theFDT. In this paper, we discuss the basic verification requirements for Estelle, and howthey can be supported by existing calculi. This leads us to the redefinition of the stanADdard Estelle semantics using Lamport's temporal logic of actions and Dijkstra's predicatetransformers.
The Internet has fallen prey to its most successful service, the World-Wide Web. The networksdo not keep up with the demands incurred by the huge amount of Web surfers. Thus, it takeslonger and longer to obtain the information one wants to access via the World-Wide Web.Many solutions to the problem of network congestion have been developed in distributed sys-tems research in general and distributed file and database systems in particular. The introduc-tion of caching and replication strategies has proven to help in many situations and thereforethese techniques are also applied to the WWW. Although most problems and associated solu-tions are known, some circumstances are different with the Web, forcing the adaptation ofknown strategies. This paper gives an overview about these differences and about currentlydeployed, developed, and evaluated solutions.
This article describes the basic concepts of an extensible customizable knowledge-basedgraphical editor and its adoption to the DOCASE methodology and tool environment. Oneaspect in this field is the mapping of conceptual models (expressed in a specific language)to their graphical representations. This also has impacts to the semantic of the user actionsin a graphical editor tool. The ability to extend and customize the editor can be used tobuild specific graphical interfaces to various kinds of tools in the software developmentprocess. Major aspects of ODE are semantics-directed editing besides normal syntax-directed editing, support of abstraction mechanisms, multiple modeless views to attack com-plexity, semantic analization and animation. The result is an highly customizable graphicaleditor construction set that matches requirements of applications in many domains of systemdesign.
The increasing use of distributed computer systems leads to an increasingneed for distributed applications. Their development in various domains like of-fice automation or computer integrated manufacturing is not sufficiently sup-ported by current techniques. New software engineering concepts are needed inthe three areas 'languages', 'tools', and 'environments'. We believe that object-oriented techniques and graphics support are key approaches to major achieve-ments in all three areas. As a consequence, we developed a universal object-oriented graphical editor ODE as one of our basic tools (tool building tool).ODE is based on the object-oriented paradigm, with some important extensionslike built-in object relations. It has an extensible functional language which al-lows for customization of the editor. ODE was developed as part of DOCASE, asoftware production environment for distributed applications. The basic ideas ofDOCASE will be presented and the requirements for ODE will be pointed out.Then ODE will be described in detail, followed by a sample customization ofODE: the one for the DOCASE design language.
Der ständig zunehmende Einsatz verteilter DV-Systeme führt zu einem stark steigendenBedarf an verteilten Anwendungen. Deren Entwicklung in den verschiedensten Anwen-dungsfeldern wie Fabrik- und Büroautomatisierung ist für die Anwender bislang kaum zuhandhaben. Neue Konzepte des Software Engineering sind daher notwendig, und zwar inden drei Bereichen 'Sprachen', 'Werkzeuge' und 'Umgebungen'. Objekt-orientierte Me-thoden und graphische Unterstützung haben sich bei unseren Arbeiten als besonders taug-lich herausgestellt, um in allen drei Bereichen deutliche Fortschritte zu erzielen. Entspre-chend wurde ein universeller objektorientierter graphischer Editor, ODE, als einesunserer zentralen Basis-Werkzeuge ('tool building tool') entwickelt. ODE basiert aufdem objekt-orientierten Paradigma sowie einer leicht handhabbaren funktionalen Sprachefür Erweiterungen; außerdem erlaubt ODE die einfache Integration mit anderen Werk-zeugen und imperativ programmierten Funktionen. ODE entstand als Teil von DOCASE,einer Software-Produktionsumgebung für verteilte Anwendungen. Grundzüge von DO-CASE werden vorgestellt, Anforderungen an ODE abgeleitet. Dann wird ODE detaillier-ter beschrieben. Es folgt eine exemplarische Beschreibung einer Erweiterung von ODE,nämlich der für die DOCASE-Entwurfssprache.
Vorgestellt wird ein System basierend auf einem 3D-Scanner nach dem Licht- schnitt-Prinzip mit dem es möglich ist, einen Menschen innerhalb von 1,5 Sekun- den dreidimensional zu erfassen. Mit Hilfe von Evolutionären Algorithmen wird über eine modellbasierte Dateninterpretation die Auswertung der Meßdaten betrie- ben, so daß beliebige Körpermaße ermittelt werden können. Das Ergebnis ist ein individualisiertes CAD-Modells der Person im Rechner. Ein derartiges Modell kann als virtuelle Kleiderpuppe zur Produktion von Maßbekleidung dienen.
Ein verhaltensorientierter Ansatz zum flächendeckenden Fahren in a priori unbekannter Umgebung
(1998)
In diesem Aufsatz wird ein Verfahren zum flächendeckenden Fahren in zu- nächst unbekannter Umgebung beschrieben, wie es z.B. für Reinigungsanwen- dungen im Heimbereich benötigt wird. Parallel zur Durchführung der Reini- gungsaufgabe wird dabei die Umgebung exploriert und kartiert. Der verhaltensorientierte Ansatz ermöglicht eine robuste, zielgerichtete und dennoch ressourcenschonende Implementierung und gestattet es, einzelne Ver- haltensweisen leicht durch verbesserte oder auch speziell erlernte Versionen auszutauschen. Das vorgestellte Verfahren wurde simulativ getestet und wird in Kürze auf einem realen Roboter erprobt.