004 Datenverarbeitung; Informatik
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This minor thesis shows a way to optimise a generated oracle to achieve shorter runtimes. Shorter runtimes of test cases allows the execution of more test cases in the same time. The execution of more test cases leads to a higher confidence in the software-quality. Oracles can be derived from specifications. However specifications are used for different purposes and therefore are not necessarily executable. Even if the are executable it might be with only a high runtime. Those two facts come mostly from the use of quantifiers in the logic. If the quantifier-range is not bounded, respectively if the bounds are outside the target language-datatype-limits, the specification is too expressive to be exported into a program. Even if the bounds inside the used datatype-limits, the quantification is represented as a loop which leads to a runtime blowup, especially if quantifiers are nested. This work explains four different possibilities to reduce the execution time of the oracle by manipulating the quantified formular whereas this approach is only applicable if the quantified variables are of type Integer.
The novel mobile application csxPOI (short for: collaborative, semantic, and context-aware points-of-interest) enables its users to collaboratively create, share, and modify semantic points of interest (POI). Semantic POIs describe geographic places with explicit semantic properties of a collaboratively created ontology. As the ontology includes multiple subclassiffcations and instantiations and as it links to DBpedia, the richness of annotation goes far beyond mere textual annotations such as tags. With the intuitive interface of csxPOI, users can easily create, delete, and modify their POIs and those shared by others. Thereby, the users adapt the structure of the ontology underlying the semantic annotations of the POIs. Data mining techniques are employed to cluster and thus improve the quality of the collaboratively created POIs. The semantic POIs and collaborative POI ontology are published as Linked Open Data.
With the Multimedia Metadata Ontology (M3O), we have developed a sophisticated model for representing among others the annotation, decomposition, and provenance of multimedia metadata. The goal of the M3O is to integrate the existing metadata standards and metadata formats rather than replacing them. To this end, the M3O provides a scaffold needed to represent multimedia metadata. Being an abstract model for multimedia metadata, it is not straightforward how to use and specialize the M3O for concrete application requirements and existing metadata formats and metadata standards. In this paper, we present a step-by-step alignment method describing how to integrate and leverage existing multimedia metadata standards and metadata formats in the M3O in order to use them in a concrete application. We demonstrate our approach by integrating three existing metadata models: the Core Ontology on Multimedia (COMM), which is a formalization of the multimedia metadata standard MPEG-7, the Ontology for Media Resource of the W3C, and the widely known industry standard EXIF for image metadata
This thesis introduces fnnlib, a C++ library for recurrent neural network simulations that I developed between October 2009 and March 2010 at Osaka University's Graduate School of Engineering. After covering the theory behind recurrent neural networks, backpropagation through time, recurrent neural networks with parametric bias, continuous-time recurrent neural networks, and echo state networks, the design of the library is explained. All of the classes as well as their interrelationships are presented along with reasons as to why certain design decisions were made. Towards the end of the thesis, a small practical example is shown. Also, fnnlib is compared to other neural network libraries.
Die Verwendung von Multi-Agenten-Systemen in Verbindung mit Agenten-orientiertem Software Engineering stellt mittlerweile einen ausgereiften Ansatz zur Modellierung komplexer Systeme dar. Allerdings finden Multi-Agenten-Systeme im weiteren Feld der Softwareentwicklung bisher nur schwachen Anklang. Im Kontrast dazu erregt die Anerkennung des interdisziplinären Feldes der sozialwissenschaftlichen Simulation über akademische Grenzen hinaus zunehmend die Aufmerksamkeit des 'Mainstream' der Agentenforscher. Dies nimmt sich diese Arbeit zum Anlass, die Verwendung von Multi-Agenten-Systemen im weiteren Feld der Software-Entwicklung voranzutreiben und gleichzeitig die unterschiedlichen Schwerpunkte von sozialwissenschaftlicher Simulation und Multi-Agenten-Systemen zu analysieren. Im Zuge dessen bietet sich die Reimplementierung des effizienzorientierten Micro-Agenten-Konzepts, welches den Kern der Otago Agent Platform (OPAL) bildet, an. Ergebnis ist eine eigenständige Micro-Agenten-Plattform, µ², die zahlreiche konzeptionelle wie technische Innovationen bietet. Dazu gehören die Integration der funktional orientierten Programmiersprache Clojure sowie die Implementation asynchroner Nachrichtenübermittlung. Als weiterer Aspekt wird die zunehmend populäre mobile Anwendungsplattform Android berücksichtigt. Über die reine Portierung der Agentenplattform hinaus weist Android Merkmale von Multi-Agenten-Systemen auf. Die Verbindung der Kommunikationsmechanismen von Android und Micro-Agenten-Plattform erweitert das Funktionsspektrum auf beiden Seiten: Micro-Agenten können unmittelbar auf beliebige Android-Funktionalität zugreifen, während Android die Micro-Agenten-Plattform als netzwerkweite Kommunikationsmiddleware verwenden kann. Potentiale dieser symbiotischen Beziehung erstrecken sich darüber hinaus in die Bereiche der Entwicklung 'intelligenter' mobiler Anwendungen sowie Robotik. Weiteres Ziel der Arbeit ist die Bereitstellung von Erweiterungen der Plattform, die eine Verwendung im Kontext sozialwissenschaftlicher Simulation ermöglichen. Das aus Softwareentwicklungssicht schwache, jedoch aus Simulationssicht relativ mächtige Micro-Agenten-Konzept zeigt seine Qualitäten im Kontext kommunikationsintensiver Szenarien. Um dies zu realisieren, wird ein Simulationszenario basierend auf Hofstede's Cultural Dimensions konstruiert, welches die Gruppenbildung interkultureller Individuen simuliert. Neben dem Nachweis der Anwendbarkeit der Plattform für Simulationsszenarien zeigen sich interessante Muster in und außerhalb der gebildeten Gruppen. Insgesamt zeigt diese explorative Arbeit ein breites Potential zur Verwendung von Agenten- respektive Micro-Agenten-Prinzipien auf. Dies reicht von Agentenorientierter Modellierung bis zum Potential, die Konvergenz mobiler und stationärer Anwendungen voranzutreiben. Darüber hinaus bieten sich weitere Verbesserungspotentiale am Micro-Agenten-Konzept sowie der Plattform selbst, ebenso wie eine intensivere Untersuchung der direkten Interaktion von Micro-Agenten mit mobilen Umgebungen an. Unabhängig davon bietet das entwickelte Simulationsmodell einen Ansatz für die Verwendung kultureller Aspekte im Kontext intelligenter Agenten.
Ontologies play an important role in knowledge representation for sharing information and collaboratively developing knowledge bases. They are changed, adapted and reused in different applications and domains resulting in multiple versions of an ontology. The comparison of different versions and the analysis of changes at a higher level of abstraction may be insightful to understand the changes that were applied to an ontology. While there is existing work on detecting (syntactical) differences and changes in ontologies, there is still a need in analyzing ontology changes at a higher level of abstraction like ontology evolution or refactoring pattern. In our approach we start from a classification of model refactoring patterns found in software engineering for identifying such refactoring patterns in OWL ontologies using DL reasoning to recognize these patterns.
Die Entwicklung von Algorithmen im Sinne des Algorithm Engineering geschieht zyklisch. Der entworfene Algorithmus wird theoretisch analysiert und anschließend implementiert. Nach der praktischen Evaluierung wird der Entwurf anhand der gewonnenen Kenntnisse weiter entwickelt. Formale Verifffizierung der Implementation neben der praktischen Evaluierung kann den Entwicklungsprozess verbessern. Mit der Java Modeling Language (JML) und dem KeY tool stehen eine einfache Spezififfkationssprache und ein benutzerfreundliches, automatisiertes Verififfkationstool zur Verfügung. Diese Arbeit untersucht, inwieweit das KeY tool für die Verifffizierung von komplexeren Algorithmen geeignet ist und welche Rückmeldungen für Algorithmiker aus der Verififfkation gewonnen werden können.Die Untersuchung geschieht anhand von Dijkstras Algorithmus zur Berechnung von kürzesten Wegen in einem Graphen. Es sollen eine konkrete Implementation des Standard-Algorithmus und anschließend Implementationen weiterer Varianten verifffiziert werden. Dies ahmt den Entwicklungsprozess des Algorithmus nach, um in jeder Iteration nach möglichen Rückmeldungen zu suchen. Bei der Verifffizierung der konkreten Implementation merken wir, dass es nötig ist, zuerst eine abstraktere Implementation mit einfacheren Datenstrukturen zu verififfzieren. Mit den dort gewonnenen Kenntnissen können wir dann die Verifikation der konkreten Implementation fortführen. Auch die Varianten des Algorithmus können dank der vorangehenden Verififfkationen verifiziert werden. Die Komplexität von Dijkstras Algorithmus bereitet dem KeY tool einige Schwierigkeiten bezüglich der Performanz, weswegen wir während der Verifizierung die Automatisierung etwas reduzieren müssen. Auf der anderenrn Seite zeigt sich, dass sich aus der Verifffikation einige Rückmeldungen ableiten lassen.
Conventional security infrastructures in the Internet cannot be directly adopted to ambient systems, especially if based on short-range communication channels: Personal, mobile devices are used and the participants are present during communication, so privacy protection is a crucial issue. As ambient systems cannot rely on an uninterrupted connection to a Trust Center, certiffed data has to be veriffed locally. Security techniques have to be adjusted to the special environment. This paper introduces a public key infrastructure (PKI) to provide secure communication channels with respect to privacy, confidentiality, data integrity, non-repudiability, and user or device authentication. It supports three certiffcate levels with a different balance between authenticity and anonymity. This PKI is currently under implementation as part of the iCity project.
Die Beschreibung des Verhaltens eines Multi-Agenten-Systems (MAS) ist eine fordernde Aufgabe, besonders dann, wenn es in sicherheitskritischen Umgebungen eingesetzt werden soll. Denn in solchen Umgebungen muss die Beschreibung besonders sorgfältig ausgeführt werden um Seiteneffekte zu vermeiden, die ungewünschte oder sogar zerstörerische Folgen haben könnten. Deshalb sind formale Methoden nützlich, die auf mathematischen Modellen des zu entwerfenden Systems basieren. Sie erlauben es nicht nur das System formal auf verschiedenen Abstraktionsebenen zu spezifizieren, sondern auch seine Konsistenz noch vor der Implementierung zu verifizieren. Das Ziel der formalen Spezifikation ist eine präzise und eindeutige Beschreibung des Verhaltens des Multi-Agenten-Systems, während die Verifikation darauf abzielt, geforderte Eigenschaften dieses Systems zu beweisen. Üblicherweise wird das Verhalten eines Agenten als diskrete Änderung seines Zustands im Bezug auf externe oder interne Aktionen aufgefasst. Jedes mal, wenn eine Aktion auftritt, ändert sich der Zustand des Agenten. Deshalb sind Zustandsübergangsdiagramme bzw. endliche Automaten ein naheliegender Ansatz das Verhalten zu modellieren. Ein weiterer Vorteil einer solchen Beschreibung ist, dass sie sich für das sogenannte Model Checking eignet. Dabei handelt es sich um eine automatische Analysetechnik, die bestimmt, ob das Modell des Systems spezifizierten Eigenschaften genügt. Allerdings muss in realistischen, physikalischen Umgebungen neben dem diskreten auch das kontinuierliche Verhalten des Multi-Agenten-Systems betrachtet werden. Dabei könnte es sich beispielsweise um die Schussbewegung eines Fußballspieler-Agenten, den Prozess des Löschens durch einen Feuerwehr-Agenten oder jedes andere Verhalten handeln, das auf zeitlichen physikalischen Gesetzen basiert. Die üblichen Zustandsübergangsdiagramme sind nicht ausreichend, um diese beiden Verhaltensarten zu kombinieren. Hybride Automaten stellen jedoch eine elegante Lösung dar. Im Wesentlichen erweitern sie die üblichen Zustandsübergangsdiagramme durch Methoden, die sich mit kontinuierlichen Aktionen befassen. Die Zustandsübergänge modellieren weiterhin die diskreten Verhaltenswechsel, während Differentialgleichungen verwendet werden um das kontinuierliche Verhalten zu beschreiben. Besonders geeignet erscheinen Hybride Automaten, weil ihre formale Semantik die Verifikation durch Model Checking erlaubt. Deshalb ist das Hauptziel dieser Arbeit, Hybride Automaten für die Modellierung und die Verifikation des Verhaltens von Multi-Agenten-Systemen einzusetzen. Jedoch bringt ihr Einsatz mehrere Probleme mit sich, die betrachtet werden sollten. Zu diesen Problemfeldern zählen Komplexität, Modularität und die Aussagestärke der Modelle. Diese Arbeit befasst sich mit diesen Problemen und liefert mögliche Lösungen.