004 Datenverarbeitung; Informatik
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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.
Im Rahmen dieser Arbeit soll das Software-Modellierungstool Enterprise Architect so erweitert werden, dass die Trennung der Belange entsprechend dem erweiterten Hyperspace-Modell von Lohmann ermöglicht wird. Daneben soll auch die Bestimmung so genannter Slices ermöglicht werden. Bei einem Slice handelt es sich um die Menge aller Belange und syntaktischen Einheiten, welche mit einem oder mehreren Belangen direkt oder transitiv verknüpft sind. Die Idee der Bestimmung solcher Slices ist graphenorientiert: Die transitive Hülle der ausgewählten Belange und der mit diesen verknüpften Belange wird bestimmt. Dies kann auf bestimmte Kantenarten, welche die Arten der Verknüpfung von Belangen widerspiegeln, eingeschränkt werden. Bevor dies implementiert werden kann, muss untersucht werden, ob die Funktionalität mit den im Enterprise Architect gegebenen Möglichkeiten realisiert werden kann. Ist dies nicht der Fall, so müssen Modelle aus dem Enterprise Architect zunächst mit Hilfe von JGraLab in Graphen überführt werden, damit anschließend die Slices unter Anwendung der Graphenabfragesprache Graph Repository Query Language (GreQL) bestimmt werden können. Die Funktionalitäten sollen in einem gemeinsamen Software-Baustein realisiert werden, der sich konform zu den für den Enterprise Architect vorgegebenen Schnittstellen verhalten muss und keine Konflikte im Programmablauf verursachen kann.
In recent development, attempts have been made to integrate UML and OWL into one hybrid modeling language, namely TwoUse. This aims at making use of the benefits of both modeling languages and overcoming the restrictions of each. In order to create a modeling language that will actually be used in software development an integration with OCL is needed. This integration has already been described at the contextual level in, however an implementation is lacking so far. The scope of this paper is the programatical implementation of the integration of TwoUse with OCL. In order to achieve this, two different OCL implementations that already provide parsing and interpretation functionalities for expressions over regular UML. This paper presents two attempts to extend existing OCL implementations, as well as a comparison of the existing approaches.
In der aktuellen Hochschullandschaft findet man hauptsächlich die Unterrichtsform des Frontalunterrichts. Das bedeutet, der Lehrende hält während der Vorlesungszeit einen monologartigen Vortrag über den Unterrichtsstoff. Hierbei nehmen die Studenten nur passiv am Geschehen teil bzw. protokollieren das vom Professor Vorgetragene um es später zu Hause eigenständig nachzuarbeiten. E-Learning hingegen lässt den Lernenden aktiv Einfluss darauf nehmen, wie und in welchem Tempo er Lehrinhalte bearbeitet. In dieser Studienarbeit soll ein E-Learning-Kurs für den Themenbereich der Computergrafik erstellt werden. Die Arbeit besteht aus drei Teilen. Neben dieser schriftlichen Ausarbeitung habe ich einen E-Learning-Kurs mit Hilfe des Learning Management Systems WebCT1erstellt und hierfür zwei Applets erstellt, die Übungsaufgaben zu den Themen Koordinatentransformationen und Szenegraphen erstellen.
Globale Beleuchtungssimulationen versuchen die physikalischen Eigenschaften von Licht und dessen Ausbreitung möglichst korrekt zu berechnen. Dabei werden diese üblicherweise im dreidimensionalen Objektraum berechnet und sind deshalb sehr rechenintensiv und von der Anzahl der Polygone der Szene abhängig. Objektraum-basierte Verfahren ermöglichen durch komlexe Berechnungen allerdings auch gute Annährungen physikalisch korrekter Beleuchtungen. Die Beleuchtungsberechnung in den Bildraum zu verlagern hat aber den großen Vorteil, dass die Berechnung hier unabhängig von der Größe und Komplexität der Szene durchführbar ist. Einzig die Auflösung entscheidet über den Rechenaufwand. Dieser Geschwindigkeitsvorteil beinhaltet jedoch einen Kompromiss was die physikalische Korrektheit der Beleuchtungssimulation angeht. Bei bisherigen Bildraum-Verfahren war es nicht möglich, für die Kamera nicht sichtbare Teile der Szene und deren Beleuchtungsinformationen, in die Berechnung mit einzubeziehen. Dies erscheint logisch, da über Geometrie die aus Sicht der Kamera nicht eingefangen wurde, im Bildraum zunächst keinerlei Informationen zur Verfügung stehen. Ein bekanntes Beispiel zur Annährung einer globalen Beleuchtung im Bildraum ist das Verfahren "Screen Space Ambient Occlusion". Dieses liefert zwar sehr gut Selbstverschattungen und wirkt dadurch realitätsnah, erzeugt aber keinen korrekten Lichtaustausch. Da die Beleuchtung von dem Inhalt des aktuellen Bildausschnitts abhängig ist, entstehen visuelle Artefakte, die vor allem bei Kamerabewegungen störend auffallen. Ziel der Studienarbeit ist es daher diese Artefakte durch die Verwendungen von Textur-Atlanten zu vermeiden. Dies wird durch eine Bildraum-basierte Beleuchtungssimulation ermöglicht, die die gesamte Szene zur Berechnung der Beleuchtung miteinbezieht und nicht nur die Sicht der Kamera. Dabei wird in einem Textur-Atlas die gesamte Szene gespeichert.
Diese Arbeit behandelt verschiedene Ansätze zur Ermittlung einer Heuristik, welche zur Bestimmung einer optimalen Konfiguration des Theorembeweisers E-KRHyper eingesetzt werden soll. Es wird erläutert, wie der Beweiser durch eine angepasste Voreinstellung optimiert werden kann und die erarbeiteten Ansätze zur Ermittlung dieser Voreinstellung werden vorgestellt. Anhand der erzielten Ergebnisse werden die Ansätze anschließend bewertet und für eines der vorgestellten Verfahren wird außerdem eine Idee zur Implementierung vorgestellt.
Entwicklung eines generischen Sesame-Sails für die Abbildung von SPARQL-Anfragen auf Webservices
(2010)
Diese Arbeit soll eine Möglichkeit aufzeigen, aufbauend auf dem Sesame Framework Datenbestände von nicht-semantischen Web-Diensten im Sinne des Semantic Web auszuwerten. Konkret wird ein Sail (Webservice-Sail) entwickelt, das einen solchen Web-Dienst wie eine RDF-Quelle abfragen kann, indem es SPARQL-Ausdrücke in Methodenaufrufe des Dienstes übersetzt und deren Ergebnisse entsprechend auswertet und zurückgibt. Um eine möglichst große Anzahl von Webservices abdecken zu können, muss die Lösung entsprechend generisch gehalten sein. Das bedeutet aber insbesondere auch, dass das Sail auf die Modalitäten konkreter Services eingestellt werden muss. Es muss also auch eine geeignete Konfigurationsrepräsentation gefunden werden, um eine möglichst gute Unterstützung eines zu verwendenden Web-Dienstes durch das Webservice-Sail zu gewährleisten. Die Entwicklung einer solchen Repräsentation ist damit auch Bestandteil dieser Arbeit.
Pokern erfreut sich einer immer größer werdenden Beliebtheit. Seitdem das Pokern über Internet immer populärer wird, haben viele User Ihre Leidenschaft für das Glücksspiel neu entdeckt. Besonders beliebt ist dabei die Variante Texas Hold"Em, in der es im Vergleich zum klassischen Poker neben den Karten auf der Hand auch noch eine gewisse Anzahl von Gemeinschaftskarten gibt, die nach und nach aufgedeckt werden. Dadurch erhöht sich der strategische Anteil enorm. Jeder Spieler kennt außer seinen eigenen Karten auch einen Teil der gegnerischen Karten und muss überlegen, welche Wendung die nächste aufgedeckte Gemeinschaftskarte herbeiführen kann. Dabei gibt es unzählige Strategien, die dem Spieler Verhaltensweisen zu seinen Karten näher bringen. Diese beruhen auf komplexen mathematischen Berechnungen und gewährleisten beim Einhalten bestimmter Regeln eine statistisch sehr hohe Gewinnrate. Doch das Regelwerk bei diesen Strategien ist ziemlich groß. Es ist genau festgelegt wie sich der Spieler verhalten soll. Die Strategie fordert penible Einhaltung aller Regeln, damit sie zum Erfolg führt. Dadurch wird aus dem Glücksspiel Poker ein mathematisch vorbestimmter Handlungsablauf, der keinen Platz zum bluffen lässt. Außerdem lernt der Spieler auf diese Art nicht viel über die Wahrscheinlichkeiten, die das Pokerspiel birgt, da er alle Handlungsweisen in seinem Strategieregelwerk nachschlagen kann und nicht selber denken muss. Welche Möglichkeiten bleiben also noch um seine Gewinnchancen oder die Chancen auf eine gute Hand abschätzen zu können? Im Bereich des Internet-Pokerns hat der Nutzer die Möglichkeit auf bestimmte Programme mit manueller Eingabe der aktuellen Spielkarten oder auf sogenannte Pokerbots zurückzugreifen. Diese Pokerbots lesen aus dem Speicher die Karten vom Bildschirm aus und sind so in der Lage dem Spieler entweder durch Angabe der Wahrscheinlichkeiten zur Seite zu stehen oder sogar die Steuerung des Spiels für den User zu übernehmen. Doch wie kann ein Spieler ohne mathematische Kenntnisse oder langjährige Pokererfahrung in einem realen Pokerspiel etwas über die Wahrscheinlichkeiten seiner Pokerhand erfahren? Wie wahrscheinlich ist es, dass er mit dem nächsten Blatt eine Straße oder ein Full House bekommt?
Headtracking mit Wii-Cam
(2010)
Ziel der Studienarbeit war es, mit der Kamera aus der Wii-Fernbedienung die Kopfbewegungen eines Menschen anhand von Infrarot-LEDs bestimmen zu können. Daraus sollte dann die Blickrichtung des Menschen ermittelt und in einem kleinen Demonstrationsprogramm dargestellt werden. Besondere Herausforderung dabei war das mathematische Problem zur Errechnung der Kopfbewegung. Der erste Ansatz scheiterte, da sich die einzelnen Bewegungen gegenseitig bedingten. Deshalb wurde als Lösungshilfe der POSIT-Algorithmus von DeMenthon hinzugezogen. Er macht es möglich von einem bekannten Objekt die Rotationsmatrix zu bestimmen. Daraus können dann die einzelnen Drehungen des Kopfes berechnet werden. Der OpenGL-Raum ist natürlich nur ein Beispiel für eine Anwendung des Programms. Man könnte es auch für viele andere Anwendungen benutzen, wie beispielsweise für Flugsimulationen. Außerdem wird die Möglichkeit geboten, das LED-Objekt zu ändern und gegebenfalls zu optimieren. Durch die zusätzliche Ausgabe der Translation ist dieses Programm außerdem sehr gut für Weiterentwicklungen geeignet.
Femto ist eine Programmierumgebung, die auf einem ATmega-basierten Einchip-Computer mit VGA-Ausgang und PS/2-Tastaturschnittstelle ausgeführt wird und aus einem einfachen Texteditor sowie einem Interpreter besteht. Dadurch wird es möglich, direkt auf dem Mikrocontroller kleine Programme zu entwickeln und auszuführen. Die interpretierte Sprache mit dem Namen Femtoscript wurde im Rahmen dieser Arbeit entwickelt und ähnelt Javascript. Der Interpreter ist in C geschrieben und kann mit geringem Aufwand auf andere Plattformen portiert werden.