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Dieser Beitrag beschreibt eine Lernumgebung für Schülerinnen und Schüler der Unter- und Mittelstufe mit einem Schwerpunkt im Fach Mathematik. Das Thema dieser Lernumgebung ist die Simulation von Entfluchtungsprozessen im Rahmen von Gebäudeevakuierungen. Dabei wird das Konzept eines zellulären Automaten vermittelt, ohne dabei Programmierkenntnisse vorauszusetzen oder anzuwenden. Anhand dieses speziellen Simulationswerkzeugs des zellulären Automaten werden Eigenschaften, Kenngrößen sowie Vor- und Nachteile von Simulationen im Allgemeinen thematisiert. Dazu gehören unter anderem die experimentelle Datengewinnung, die Festlegung von Modellparametern, die Diskretisierung des zeitlichen und räumlichen Betrachtungshorizonts sowie die zwangsläufig auftretenden (Diskretisierungs-)Fehler, die algorithmischen Abläufe einer Simulation in Form elementarer Handlungsanweisungen, die Speicherung und Visualisierung von Daten aus einer Simulation sowie die Interpretation und kritische Diskussion von Simulationsergebnissen. Die vorgestellte Lernumgebung ermöglicht etliche Variationen zu weiteren Aspekten des Themas „Evakuierungssimulation“ und bietet dadurch auch vielfältige Differenzierungsmöglichkeiten.
In a dynamic network, the quickest path problem asks for a path minimizing the time needed to send a given amount of flow from source to sink along this path. In practical settings, for example in evacuation or transportation planning, the reliability of network arcs depends on the specific scenario of interest. In this circumstance, the question of finding a quickest path among all those having at least a desired path reliability arises. In this article, this reliable quickest path problem is solved by transforming it to the restricted quickest path problem. In the latter, each arc is associated a nonnegative cost value and the goal is to find a quickest path among those not exceeding a predefined budget with respect to the overall (additive) cost value. For both, the restricted and reliable quickest path problem, pseudopolynomial exact algorithms and fully polynomial-time approximation schemes are proposed.
Papadimitriou and Yannakakis (Proceedings of the 41st annual IEEE symposium on the
Foundations of Computer Science (FOCS), pp 86–92, 2000) show that the polynomial-time
solvability of a certain auxiliary problem determines the class of multiobjective optimization
problems that admit a polynomial-time computable (1+ε, . . . , 1+ε)-approximate Pareto set
(also called an ε-Pareto set). Similarly, in this article, we characterize the class ofmultiobjective
optimization problems having a polynomial-time computable approximate ε-Pareto set
that is exact in one objective by the efficient solvability of an appropriate auxiliary problem.
This class includes important problems such as multiobjective shortest path and spanning
tree, and the approximation guarantee we provide is, in general, best possible. Furthermore,
for biobjective optimization problems from this class, we provide an algorithm that computes
a one-exact ε-Pareto set of cardinality at most twice the cardinality of a smallest such set and
show that this factor of 2 is best possible. For three or more objective functions, however,
we prove that no constant-factor approximation on the cardinality of the set can be obtained
efficiently.
We consider a variant of a knapsack problem with a fixed cardinality constraint. There are three objective functions to be optimized: one real-valued and two integer-valued objectives. We show that this problem can be solved efficiently by a local search. The algorithm utilizes connectedness of a subset of feasible solutions and has optimal run-time.
In this paper, theory and algorithms for solving the multiple objective minimum cost flow problem are reviewed. For both the continuous and integer case exact and approximation algorithms are presented. In addition, a section on compromise solutions summarizes corresponding results. The reference list consists of all papers known to the autheors which deal with the multiple objective minimum cost flow problem.
Many real-world optimization and decision-making problems comprise several, partly conflicting objective functions. The English saying “Quality has its price” is just as true on a large scale as it is in private sphere and, therefore, quality and price are a typical pair of conflicting objective functions that are very common in applications. Yet, in industrial applications, both quality and cost may be understood in the specific context and differ whether a transportation, a production, or a planning problem is considered. Other objective functions that are receiving increasing attention in real-world decision-making situations are, for example, robustness, time, sustainability, adaptability, or longevity.
Die MINT-EC-Girls-Camp: Math-Talent-School ist eine vom Fraunhofer Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) initiierte Veranstaltung, die regelmäßig als Kooperation zwischen dem Felix-Klein-Zentrum für Mathematik und dem Verein mathematisch-naturwissenschaftlicher Excellence-Center an Schulen e.V. (Verein MINT-EC) durchgeführt wird. Die methodisch-didaktische Konzeption der Math-Talent-Schools erfolgt durch das Kompetenzzentrum für Mathematische Modellierung in MINT-Projekten in der Schule (KOMMS), einer wissenschaftlichen Einrichtung des Fachbereichs Mathematik der Technischen Universität Kaiserslautern. Die inhaltlich-organisatorische Ausführung übernimmt das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in enger Abstimmung und Kooperation von Wissenschaftlern der Technischen Universität und des Fraunhofer ITWM. Die MINT-EC-Girls-Camp: Math-Talent-School hat zum Ziel, Mathematik-interessierten Schülerinnen einen Einblick in die Arbeitswelt von Mathematikerinnen und Mathematikern zu geben. In diesem Artikel stellen wir die Math-Talent-School vor. Hierfür werden die fachlichen und fachdidaktischen Hintergründe der Projekte beleuchtet, der Ablauf der Veranstaltung erläutert und ein Fazit gezogen.
Das MINT-EC-Girls-Camp: Math-Talent-School richtet sich an mathematikbegeisterte Schülerinnen von MINT-EC-Schulen, die Einblicke in die Berufswelt von Mathematikerinnen und Mathematikern bekommen möchten. Die Veranstaltung veranschaulicht den Schülerinnen die steigende Relevanz angewandter mathematischer Forschungsgebiete, wie der Techno- und der Wirtschaftsmathematik. Sie soll dazu dienen, Schüler:innen die Bedeutung mathematischer Arbeitsweisen in der heutigen Berufswelt, insbesondere in Industrie und Wirtschaft, begreifbar zu machen. Die Talent-School wird organisiert von MINT-EC und dem Felix-Klein-Zentrum für Mathematik. Die fachwissenschaftliche Betreuung der Schülerinnen während dieser Talent-School wurde durch Mitarbeitende des Kompetenzzentrums für Mathematische Modellierung in MINT-Projekten in der Schule (KOMMS) der TU Kaiserslautern und des Fraunhofer ITWM umgesetzt. In diesem Report beschreiben wir die Projekte, die während der Talent-School im Oktober 2022 durchgeführt wurden.
In a dynamic network, the quickest path problem asks for a path such that a given amount of flow can be sent from source to sink via this path in minimal time. In practical settings, for example in evacuation or transportation planning, the problem parameters might not be known exactly a-priori. It is therefore of interest to consider robust versions of these problems in which travel times and/or capacities of arcs depend on a certain scenario. In this article, min-max versions of robust quickest path problems are investigated and, depending on their complexity status, exact algorithms or fully polynomial-time approximation schemes are proposed.
Seit 1993 veranstaltet der Fachbereich Mathematik der TU Kaiserslautern jährlich die mathematischen Modellierungswochen. Die Veranstaltung erwuchs parallel zu der steigenden Relevanz angewandter mathematischer Forschungsgebiete, wie der Technomathematik und der Wirtschaftsmathematik. Sie soll dazu dienen, Schülerinnen und Schülern die Bedeutung mathematischer Arbeitsweisen in der heutigen Berufswelt, insbesondere in Industrie und Wirtschaft, begreifbar zu machen. Darüber hinaus bietet die Modellierungswoche den teilnehmenden Lehrkräften einen Einblick in die Projektarbeit mit offenen Fragestellungen im Rahmen der mathematischen Modellierung. In diesem Report beschreiben wir die Projekte, die während der Modellierungswoche im Dezember 2021 durchgeführt wurden. Der Themenschwerpunkt der Veranstaltung lautete "Wetter und Katastrophenschutz".