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Motivation: Mathematical models take an important place in science and engineering.
A model can help scientists to explain dynamic behavior of a system and to understand
the functionality of system components. Since length of a time series and number of
replicates is limited by the cost of experiments, Boolean networks as a structurally simple
and parameter-free logical model for gene regulatory networks have attracted interests
of many scientists. In order to fit into the biological contexts and to lower the data
requirements, biological prior knowledge is taken into consideration during the inference
procedure. In the literature, the existing identification approaches can only deal with a
subset of possible types of prior knowledge.
Results: We propose a new approach to identify Boolean networks fromtime series data
incorporating prior knowledge, such as partial network structure, canalizing property,
positive and negative unateness. Using vector form of Boolean variables and applying
a generalized matrix multiplication called the semi-tensor product (STP), each Boolean
function can be equivalently converted into a matrix expression. Based on this, the
identification problem is reformulated as an integer linear programming problem to
reveal the system matrix of Boolean model in a computationally efficient way, whose
dynamics are consistent with the important dynamics captured in the data. By using
prior knowledge the number of candidate functions can be reduced during the inference.
Hence, identification incorporating prior knowledge is especially suitable for the case of
small size time series data and data without sufficient stimuli. The proposed approach is
illustrated with the help of a biological model of the network of oxidative stress response.
Conclusions: The combination of efficient reformulation of the identification problem
with the possibility to incorporate various types of prior knowledge enables the
application of computational model inference to systems with limited amount of time
series data. The general applicability of thismethodological approachmakes it suitable for
a variety of biological systems and of general interest for biological and medical research.
Die Beziehungen zwischen Kulturbetrieben und Wirtschaftsunternehmen wird in der Forschung bis jetzt von den Perspektiven der Corporate Social Responsibility (CSR) und des Sponsorings aus wirtschaftszentriert theoretisiert.
Im regionalen Kontext (Oberfranken/Bayern), konzentriert auf Theaterbetriebe und die mit ihnen verbundenen Wirtschaftsunternehmen ergänzt die Forschungsarbeit die Erkenntnisse in diesem Bereich qualitativ-empirisch.
Dazu stützt sie sich auf Leitfadeninterviews mit für das Thema repräsentativen Vertretern der jeweiligen Seite. Diese wurden mithilfe der Qualitativen Experteninterviews-Methode von Robert Kaiser ausgewertet.
Es stellt sich heraus, dass die Vorteile für Wirtschaftsunternehmen in der internen Kommunikation (z.B. Mitarbeiterbindung) gleichberechtigt zu denjenigen in der externen Kommunikation (z.B. Imagegewinn) treten. Für die Theater steht die erhöhte Glaubwürdigkeit öffentlicher Unterstützer dank der Kooperation mit den Unternehmen über deren direkten finanziellen Zuwendungen.
Es ist von Interesse für kooperierende Theaterbetriebe und Wirtschaftsunternehmen, eine partnerschaftszentrierte Perspektive einzunehmen. Die Theater könnten aufgrund dieser Einstellung von der Expertise ihrer Partnerunternehmen profitieren, um eigene Organisationsprozesse zu optimieren.
Asynchronous concurrency is a wide-spread way of writing programs that
deal with many short tasks. It is the programming model behind
event-driven concurrency, as exemplified by GUI applications, where the
tasks correspond to event handlers, web applications based around
JavaScript, the implementation of web browsers, but also of server-side
software or operating systems.
This model is widely used because it provides the performance benefits of
concurrency together with easier programming than multi-threading. While
there is ample work on how to implement asynchronous programs, and
significant work on testing and model checking, little research has been
done on handling asynchronous programs that involve heap manipulation, nor
on how to automatically optimize code for asynchronous concurrency.
This thesis addresses the question of how we can reason about asynchronous
programs while considering the heap, and how to use this this to optimize
programs. The work is organized along the main questions: (i) How can we
reason about asynchronous programs, without ignoring the heap? (ii) How
can we use such reasoning techniques to optimize programs involving
asynchronous behavior? (iii) How can we transfer these reasoning and
optimization techniques to other settings?
The unifying idea behind all the results in the thesis is the use of an
appropriate model encompassing global state and a promise-based model of
asynchronous concurrency. For the first question, We start from refinement
type systems for sequential programs and extend them to perform precise
resource-based reasoning in terms of heap contents, known outstanding
tasks and promises. This extended type system is known as Asynchronous
Liquid Separation Types, or ALST for short. We implement ALST in for OCaml
programs using the Lwt library.
For the second question, we consider a family of possible program
optimizations, described by a set of rewriting rules, the DWFM rules. The
rewriting rules are type-driven: We only guarantee soundness for programs
that are well-typed under ALST. We give a soundness proof based on a
semantic interpretation of ALST that allows us to show behavior inclusion
of pairs of programs.
For the third question, we address an optimization problem from industrial
practice: Normally, JavaScript files that are referenced in an HTML file
are be loaded synchronously, i.e., when a script tag is encountered, the
browser must suspend parsing, then load and execute the script, and only
after will it continue parsing HTML. But in practice, there are numerous
JavaScript files for which asynchronous loading would be perfectly sound.
First, we sketch a hypothetical optimization using the DWFM rules and a
static analysis.
To actually implement the analysis, we modify the approach to use a
dynamic analysis. This analysis, known as JSDefer, enables us to analyze
real-world web pages, and provide experimental evidence for the efficiency
of this transformation.
The design of the fifth generation (5G) cellular network should take account of the emerging services with divergent quality of service requirements. For instance, a vehicle-to-everything (V2X) communication is required to facilitate the local data exchange and therefore improve the automation level in automated driving applications. In this work, we inspect the performance of two different air interfaces (i.e., LTE-Uu and PC5) which are proposed by the third generation partnership project (3GPP) to enable the V2X communication. With these two air interfaces, the V2X communication can be realized by transmitting data packets either over the network infrastructure or directly among traffic participants. In addition, the ultra-high reliability requirement in some V2X communication scenarios can not be fulfilled with any single transmission technology (i.e., either LTE-Uu or PC5). Therefore, we discuss how to efficiently apply multi-radio access technologies (multi-RAT) to improve the communication reliability. In order to exploit the multi-RAT in an efficient manner, both the independent and the coordinated transmission schemes are designed and inspected. Subsequently, the conventional uplink is also extended to the case where a base station can receive data packets through both the LTE-Uu and PC5 interfaces. Moreover, different multicast-broadcast single-frequency network (MBSFN) area mapping approaches are also proposed to improve the communication reliability in the LTE downlink. Last but not least, a system level simulator is implemented in this work. The simulation results do not only provide us insights on the performances of different technologies but also validate the effectiveness of the proposed multi-RAT scheme.
Das virtuelle, optische Messen wird in der industriellen Anwendung häufig vernachlässigt. Um optische Messergebnisse jedoch vorhersehbar und zuverlässig zu machen, ist es erforderlich, Sensoren zu modellieren und die Resultate, sogenannte virtuelle Messergebnisse, zu analysieren. Die zulässigen Modellvereinfachungen sind dabei vom zugrunde liegenden, physikalischen Messprinzip abhängig. In dieser Arbeit werden zwei virtuelle, optische Sensoren mit unterschiedlichen Messprinzipien unter paraxialen Annahmen modelliert. Zudem werden Untersuchungen zum Übertragungsverhalten der Sensoren angestellt. Beim ersten Sensor handelt es sich um einen winkelauflösenden Streulichtsensor zur Messung der statistischen Verteilung von Gradienten geometrischer Oberflächen. Der zweite Sensor ist ein kurzkohärentes Interferometer zur vertikal hochauflösenden Messung von Topographien. Während dem winkelauflösenden Messprinzip ein inkohärenter Modellansatz zugrunde liegt, werden beim Interferometer kohärente Annahmen getroffen. Mithilfe der Sensormodelle ist es möglich, geometrische Oberflächen virtuell anzutasten und, basierend auf generierten oder real gemessenen Topographiedaten, virtuelle Messungen anzustellen. Auf diese Weise werden umfangreiche Untersuchungen zum Übertragungsverhalten der Sensoren ermöglicht. Darüber hinaus wird ein eigens entwickeltes, VTK-basiertes Programm vorgestellt, das die nichtsequentielle Berechnung optischer Sensoren ermöglicht. Dieses Programm nutzt Ray Tracing zur Simulation nichtsequentieller, optischer Systeme. Des Weiteren werden Ansätze für die parallele Datenverarbeitung mit CUDA® vorgestellt. Der paraxial modellierte, winkelauflösende Streulichtsensor wird demnach zusätzlich nichtsequentiell simuliert und die Ergebnisse der paraxialen und der nichtsequentiellen Berechnung werden gegenübergestellt.
Ziel der Arbeit war es die Verwendung von Modellen und Dokumenten im Produktentwick-lungsprozess vor dem Hintergrund der Aussage, dass sich die Produktentwicklung von einer modellbasierten zu einer dokumentbasierten wandelt, zu untersuchen. Die Betrach-tung von Modellen und Dokumenten auf allgemeiner Ebene hat ergeben, dass sich die beiden Konzepte rein anhand ihrer Definition, ihren Merkmalen und Funktionen nur schwer voneinander unterscheiden lassen und sich somit nicht gegenseitig ausschließen. Die fol-gende zweigeteilte kontextspezifische Untersuchung, zum einen mit dem Fokus auf die traditionelle Sicht der Produktentwicklung und zum anderen mit Fokus auf das Systems Engineering, hat gezeigt, dass in der traditionellen Produktentwicklung die Verwendung von Modellen überwiegt, diese jedoch in der Literatur überwiegend als Dokumente be-zeichnet werden, die Modelle enthalten können. Mit Bezug auf das Systems Engineering konnte eine Fehlbezeichnung bzgl. der Trennung in DBSE und MBSE festgestellt werden, da die Unterscheidung nicht direkt auf der Verwendung von Modellen und Dokumenten basiert, sondern auf einer anderen Art der Informationsübermittlung.
Thermoplastische Faser-Kunststoff-Verbunde (TP-FKV) rücken aufgrund ihrer guten Verarbeit- und Rezyklierbarkeit immer weiter in den Fokus der Automobilindustrie. Sie können effizient in serientauglichen Fließpress- oder Umformprozessen zu Bauteilen verarbeitet werden und bringen gute chemische, mechanische und thermische Eigenschaften mit. Die resultierenden Bauteile werden anschließend in Baugruppen eingesetzt, deren Strukturbauteile nach wie vor hauptsächlich aus Metallen bestehen. An der Schnittstelle zwischen TP-FKV und Metall entsteht ein Verbindungsproblem, das bisher meist durch Schrauben, Nieten oder Kleben gelöst wird. Allerdings werden diese Verfahren den speziellen Anforderungen der TP-FKV nicht gerecht und bringen zusätzliches Material in das Bauteil ein. TP-FKV eignen sich aufgrund der Schmelzbarkeit der thermoplastischen Matrix für thermische Fügeverfahren. Da die thermoplastische Matrix selbst als Klebstoff genutzt werden kann, entsteht eine flächige Verbindung, ohne dass Bohrungen oder zusätzliches Material notwendig sind. Außerdem kann durch eine geeignete Vorbehandlung der Metalloberfläche ein Formschluss erzielt und so die Festigkeit signifikant gesteigert werden.
In der vorliegenden Arbeit wurden ein diskontinuierlicher und ein kontinuierlicher, induktiver Schweißprozess entwickelt und optimiert. Dazu wurde ein Prüfstand ent-worfen und aufgebaut, der auf beide Prozesse angepasst werden kann. Beim konti-nuierlichen Induktionsschweißen konnte die Prozessgeschwindigkeit durch den Einsatz einer Bauteilkühlung ohne Beeinträchtigung der Fügefestigkeit auf mehr als 1m/min gesteigert werden. Beim diskontinuierlichen Schweißen wurde die bisher verwendete, sehr fehleranfällige temperaturbasierte Prozessregelung durch eine Wegregelung ersetzt. So konnte ein stabiler, voll automatisierter Schweißprozess entwickelt werden. Zum Abschluss wurde die Eignung des Induktionsschweißens für die industrielle Anwendung am Beispiel eines Unterbodenblechs eines Nutzfahrzeuges gezeigt. Hier konnte durch diskontinuierliches Induktionsschweißen in Kombination mit der Vorbehandlung des metallischen Fügepartners durch Laserstrukturierung die gleiche Performance wie bei dem ursprünglichen, genieteten Ansatz erzielt werden. Es steht mit dem Induktionsschweißen also ein Fügeprozess zur Verfügung, der sowohl hinsichtlich Effizienz als auch Festigkeit für die industrielle Anwendung geeignet ist.
Autonomous driving is disrupting the conventional automotive development. In fact, autonomous driving kicks off the consolidation of control units, i.e. the transition from distributed Electronic Control Units (ECUs) to centralized domain controllers. Platforms like Audi’s zFAS demonstrate this very clearly, where GPUs, Custom SoCs, Microcontrollers, and FPGAs are integrated on a single domain controller in order to perform sensor fusion, processing and decision making on a single Printed Circuit Board (PCB). The communication between these heterogeneous components and the algorithms for Advanced Driving Assistant Systems (ADAS) itself requires a huge amount of memory bandwidth, which will bring the Memory Wall from High Performance Computing (HPC) and data-centers directly in our cars. In this paper we highlight the roles and issues of Dynamic Random Access Memories (DRAMs) for future autonomous driving architectures.
The authors explore the intrinsic trade-off in a DRAM between the power consumption (due to refresh) and the reliability. Their unique measurement platform allows tailoring to the design constraints depending on whether power consumption, performance or reliability has the highest design priority. Furthermore, the authors show how this measurement platform can be used for reverse engineering the internal structure of DRAMs and how this knowledge can be used to improve DRAM’s reliability.
Optical Character Recognition (OCR) system plays an important role in digitization of data acquired as images from a variety of sources. Although the area is very well explored for Latin languages, some of the languages based on Arabic cursive script are not yet explored. It is due to many factors: Most importantly are the unavailability of proper data sets and complexities posed by cursive scripts. The Pashto language is one of such languages which needs considerable exploration towards OCR. In order to develop such an OCR system, this thesis provides a pioneering study that explores deep learning for the Pashto language in the field of OCR.
The Pashto language is spoken by more than $50$ million people across the world, and it is an active medium both for oral as well as written communication. It is associated with rich literary heritage and contains huge written collection. These written materials present contents of simple to complex nature, and layouts from hand-scribed to printed text. The Pashto language presents mainly two types of complexities (i) generic w.r.t. cursive script, (ii) specific w.r.t. Pashto language. Generic complexities are cursiveness, context dependency, and breaker character anomalies, as well as space anomalies. Pashto specific complexities are variations in shape for a single character and shape similarity for some of the additional Pashto characters. Existing research in the area of Arabic OCR did not lead to an end-to-end solution for the mentioned complexities and therefore could not be generalized to build a sophisticated OCR system for Pashto.
The contribution of this thesis spans in three levels, conceptual level, data level, and practical level. In the conceptual level, we have deeply explored the Pashto language and identified those characters, which are responsible for the challenges mentioned above. In the data level, a comprehensive dataset is introduced containing real images of hand-scribed contents. The dataset is manually transcribed and has the most frequent layout patterns associated with the Pashto language. The practical level contribution provides a bridge, in the form of a complete Pashto OCR system, and connects the outcomes of the conceptual and data levels contributions. The practical contribution comprises of skew detection, text-line segmentation, feature extraction, classification, and post-processing. The OCR module is more strengthened by using deep learning paradigm to recognize Pashto cursive script by the framework of Recursive Neural Networks (RNN). Proposed Pashto text recognition is based on Long Short-Term Memory Network (LSTM) and realizes a character recognition rate of $90.78\%$ on Pashto real hand-scribed images. All these contributions are integrated into an application to provide a flexible and generic End-to-End Pashto OCR system.
The impact of this thesis is not only specific to the Pashto language, but it is also beneficial to other cursive languages like Arabic, Urdu, and Persian e.t.c. The main reason is the Pashto character set, which is a superset of Arabic, Persian, and Urdu languages. Therefore, the conceptual contribution of this thesis provides insight and proposes solutions to almost all generic complexities associated with Arabic, Persian, and Urdu languages. For example, an anomaly caused by breaker characters is deeply analyzed, which is shared among 70 languages, mainly use Arabic script. This thesis presents a solution to this issue and is equally beneficial to almost all Arabic like languages.
The scope of this thesis has two important aspects. First, a social impact, i.e., how a society may benefit from it. The main advantages are to bring the historical and almost vanished document to life and to ensure the opportunities to explore, analyze, translate, share, and understand the contents of Pashto language globally. Second, the advancement and exploration of the technical aspects. Because, this thesis empirically explores the recognition and challenges which are solely related to the Pashto language, both regarding character-set and the materials which present such complexities. Furthermore, the conceptual and practical background of this thesis regarding complexities of Pashto language is very beneficial regarding OCR for other cursive languages.
