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Black box cryptanalysis applies to hash algorithms consisting of many small boxes, connected by a known graph structure, so that the boxes can be evaluated forward and backwards by given oracles. We study attacks that work for any choice of the black boxes, i.e. we scrutinize the given graph structure. For example we analyze the graph of the fast Fourier transform (FFT). We present optimal black box inversions of FFT-compression functions and black box constructions of collisions. This determines the minimal depth of FFT-compression networks for collision-resistant hashing. We propose the concept of multipermutation, which is a pair of orthogonal latin squares, as a new cryptographic primitive that generalizes the boxes of the FFT. Our examples of multipermutations are based on the operations circular rotation, bitwise xor, addition and multiplication.
Bioinformatics analysis quantifies neighborhood preferences of cancer cells in Hodgkin lymphoma
(2017)
Motivation Hodgkin lymphoma is a tumor of the lymphatic system and represents one of the most frequent lymphoma in the Western world. It is characterized by Hodgkin cells and Reed-Sternberg cells, which exhibit a broad morphological spectrum. The cells are visualized by immunohistochemical staining of tissue sections. In pathology, tissue images are mainly manually evaluated, relying on the expertise and experience of pathologists. Computational quantification methods become more and more essential to evaluate tissue images. In particular, the distribution of cancer cells is of great interest.
Results Here, we systematically quantified and investigated cancer cell properties and their spatial neighborhood relations by applying statistical analyses to whole slide images of Hodgkin lymphoma and lymphadenitis, which describes a non-cancerous inflammation of the lymph node. We differentiated cells by their morphology and studied the spatial neighborhood relation of more than 400,000 immunohistochemically stained cells. We found that, according to their morphological features, the cells exhibited significant preferences for and aversions to cells of specific profiles as nearest neighbor. We quantified differences between Hodgkin lymphoma and lymphadenitis concerning the neighborhood relations of cells and the sizes of cells. The approach can easily be applied to other cancer types.
In pathology, tissue images are evaluated using a light microscope, relying on the expertise and experience of pathologists. There is a great need for computational methods to quantify and standardize histological observations. Computational quantification methods become more and more essential to evaluate tissue images. In particular, the distribution of tumor cells and their microenvironment are of special interest. Here, we systematically investigated tumor cell properties and their spatial neighborhood relations by a new application of statistical analysis to whole slide images of Hodgkin lymphoma, a tumor arising in lymph nodes, and inflammation of lymph nodes called lymphadenitis. We considered properties of more than 400, 000 immunohistochemically stained, CD30-positive cells in 35 whole slide images of tissue sections from subtypes of the classical Hodgkin lymphoma, nodular sclerosis and mixed cellularity, as well as from lymphadenitis. We found that cells of specific morphology exhibited significant favored and unfavored spatial neighborhood relations of cells in dependence of their morphology. This information is important to evaluate differences between Hodgkin lymph nodes infiltrated by tumor cells (Hodgkin lymphoma) and inflamed lymph nodes, concerning the neighborhood relations of cells and the sizes of cells. The quantification of neighborhood relations revealed new insights of relations of CD30-positive cells in different diagnosis cases. The approach is general and can easily be applied to whole slide image analysis of other tumor types.
The Specialized Information Service Biodiversity Research (BIOfid) has been launched to mobilize valuable biological data from printed literature hidden in German libraries for over the past 250 years. In this project, we annotate German texts converted by OCR from historical scientific literature on the biodiversity of plants, birds, moths and butterflies. Our work enables the automatic extraction of biological information previously buried in the mass of papers and volumes. For this purpose, we generated training data for the tasks of Named Entity Recognition (NER) and Taxa Recognition (TR) in biological documents. We use this data to train a number of leading machine learning tools and create a gold standard for TR in biodiversity literature. More specifically, we perform a practical analysis of our newly generated BIOfid dataset through various downstream-task evaluations and establish a new state of the art for TR with 80.23% F-score. In this sense, our paper lays the foundations for future work in the field of information extraction in biology texts.
Driving can be dangerous. Humans become inattentive when performing a monotonous task like driving. Also the risk implied while multi-tasking, like using the cellular phone while driving, can break the concentration of the driver and increase the risk of accidents. Others factors like exhaustion, nervousness and excitement affect the performance of the driver and the response time. Consequently, car manufacturers have developed systems in the last decades which assist the driver under various circumstances. These systems are called driver assistance systems. Driver assistance systems are meant to support the task of driving, and the field of action varies from alerting the driver, with acoustical or optical warnings, to taking control of the car, such as keeping the vehicle in the traffic lane until the driver resumes control. For such a purpose, the vehicle is equipped with on-board sensors which allow the perception of the environment and/or the state of the vehicle. Cameras are sensors which extract useful information about the visual appearance of the environment. Additionally, a binocular system allows the extraction of 3D information. One of the main requirements for most camera-based driver assistance systems is the accurate knowledge of the motion of the vehicle. Some sources of information, like velocimeters and GPS, are of common use in vehicles today. Nevertheless, the resolution and accuracy usually achieved with these systems are not enough for many real-time applications. The computation of ego-motion from sequences of stereo images for the implementation of driving intelligent systems, like autonomous navigation or collision avoidance, constitutes the core of this thesis. This dissertation proposes a framework for the simultaneous computation of the 6 degrees of freedom of ego-motion (rotation and translation in 3D Euclidean space), the estimation of the scene structure and the detection and estimation of independently moving objects. The input is exclusively provided by a binocular system and the framework does not call for any data acquisition strategy, i.e. the stereo images are just processed as they are provided. Stereo allows one to establish correspondences between left and right images, estimating 3D points of the environment via triangulation. Likewise, feature tracking establishes correspondences between the images acquired at different time instances. When both are used together for a large number of points, the result is a set of clouds of 3D points with point-to-point correspondences between clouds. The apparent motion of the 3D points between consecutive frames is caused by a variety of reasons. The most dominant motion for most of the points in the clouds is caused by the ego-motion of the vehicle; as the vehicle moves and images are acquired, the relative position of the world points with respect to the vehicle changes. Motion is also caused by objects moving in the environment. They move independently of the vehicle motion, so the observed motion for these points is the sum of the ego-vehicle motion and the independent motion of the object. A third reason, and of paramount importance in vision applications, is caused by correspondence problems, i.e. the incorrect spatial or temporal assignment of the point-to-point correspondence. Furthermore, all the points in the clouds are actually noisy measurements of the real unknown 3D points of the environment. Solving ego-motion and scene structure from the clouds of points requires some previous analysis of the noise involved in the imaging process, and how it propagates as the data is processed. Therefore, this dissertation analyzes the noise properties of the 3D points obtained through stereo triangulation. This leads to the detection of a bias in the estimation of 3D position, which is corrected with a reformulation of the projection equation. Ego-motion is obtained by finding the rotation and translation between the two clouds of points. This problem is known as absolute orientation, and many solutions based on least squares have been proposed in the literature. This thesis reviews the available closed form solutions to the problem. The proposed framework is divided in three main blocks: 1) stereo and feature tracking computation, 2) ego-motion estimation and 3) estimation of 3D point position and 3D velocity. The first block solves the correspondence problem providing the clouds of points as output. No special implementation of this block is required in this thesis. The ego-motion block computes the motion of the cameras by finding the absolute orientation between the clouds of static points in the environment. Since the cloud of points might contain independently moving objects and outliers generated by false correspondences, the direct computation of the least squares might lead to an erroneous solution. The first contribution of this thesis is an effective rejection rule that detects outliers based on the distance between predicted and measured quantities, and reduces the effects of noisy measurement by assigning appropriate weights to the data. This method is called Smoothness Motion Constraint (SMC). The ego-motion of the camera between two frames is obtained finding the absolute orientation between consecutive clouds of weighted 3D points. The complete ego-motion since initialization is achieved concatenating the individual motion estimates. This leads to a super-linear propagation of the error, since noise is integrated. A second contribution of this dissertation is a predictor/corrector iterative method, which integrates the clouds of 3D points of multiple time instances for the computation of ego-motion. The presented method considerably reduces the accumulation of errors in the estimated ego-position of the camera. Another contribution of this dissertation is a method which recursively estimates the 3D world position of a point and its velocity; by fusing stereo, feature tracking and the estimated ego-motion in a Kalman Filter system. An improved estimation of point position is obtained this way, which is used in the subsequent system cycle resulting in an improved computation of ego-motion. The general contribution of this dissertation is a single framework for the real time computation of scene structure, independently moving objects and ego-motion for automotive applications.
Jeden Tag werden 2,5 Trillionen Bytes an Daten generiert. Diese enorme Menge an Daten wird beispielsweise durch digitale Bilder, Videos, Beiträge in den sozialen Medien, intelligente Sensoren, Einzelhandels- und Finanztransaktionen und GPS-Signale von Handys erzeugt. Das ist Big Data. Es besteht kein Zweifel daran, dass Big Data und das, was wir damit tun, das Potential hat, ein signifikanter Treiber für Innovationen und Wertschöpfung zu werden.
The development of multimodal sensor-based applications designed to support learners with the improvement of their skills is expensive since most of these applications are tailor-made and built from scratch. In this paper, we show how the Presentation Trainer (PT), a multimodal sensor-based application designed to support the development of public speaking skills, can be modularly extended with a Virtual Reality real-time feedback module (VR module), which makes usage of the PT more immersive and comprehensive. The described study consists of a formative evaluation and has two main objectives. Firstly, a technical objective is concerned with the feasibility of extending the PT with an immersive VR Module. Secondly, a user experience objective focuses on the level of satisfaction of interacting with the VR extended PT. To study these objectives, we conducted user tests with 20 participants. Results from our test show the feasibility of modularly extending existing multimodal sensor-based applications, and in terms of learning and user experience, results indicate a positive attitude of the participants towards using the application (PT+VR module).
Zellularautomaten sind ein massiv paralleles Berechnungsmodell, das aus sehr vielen identischen einfachen Prozessoren oder Zellen besteht, die homogen miteinander verbunden sind und parallel arbeiten. Es gibt Zellularautomaten in unterschiedlichen Ausprägungen. Beispielsweise unterscheidet man die Automaten nach der zur Verfügung stehenden Zeit, nach paralleler oder sequentieller Verarbeitung der Eingabe oder durch Beschränkungen der Kommunikation zwischen den einzelnen Zellen. Benutzt man Zellularautomaten zum Erkennen formaler Sprachen und betrachtet deren generative Mächtigkeit, dann kann bereits das einfachste zellulare Modell kontextsensitive Sprachen akzeptieren. In dieser Arbeit wird die Beschreibungskomplexität von Zellularautomaten betrachtet. Es wird untersucht, wie sich die Beschreibungsgröße einer formalen Sprache verändern kann, wenn die Sprache mit unterschiedlichen Typen von Zellularautomaten oder sequentiellen Modellen beschrieben wird. Ein wesentliches Ergebnis im ersten Teil der Arbeit ist, daß zwischen zwei Automatenklassen, deren entsprechende Sprachklassen echt ineinander enthalten oder unvergleichbar sind, nichtrekursive Tradeoffs existieren. Das heißt, der Größenzuwachs beim Wechsel von einem Automatenmodell in das andere läßt sich durch keine rekursive Funktion beschränken. Im zweiten Teil der Arbeit werden Zellularautomaten dahingehend beschränkt, daß nur eine feste Zellenzahl zugelassen ist. Zusätzlich werden Automaten mit unterschiedlichem Grad an bidirektionaler Kommunikation zwischen den einzelnen Zellen betrachtet, und es wird untersucht, welche Auswirkungen auf die Beschreibungsgröße unterschiedliche Grade an bidirektionaler Kommunikation haben können. Im Gegensatz zum unbeschränkten Modell können polynomielle und damit rekursive obere Schranken bei Umwandlungen zwischen den einzelnen Modellen bewiesen werden. Durch den Beweis unterer Schranken kann in fast allen Fällen auch die Optimalität der Konstruktionen belegt werden.
In der klassischen Theorie der formalen Sprachen gehört die Beschreibung von Sprachen durch Grammatiken oder Automaten zu den wichtigen Themen. Im Gegensatz zu diesen Modellen, die aus einer einzelnen Komponente bestehen, beschäftigt sich die Informatik heute aber immer häufiger mit verteilten Systemen, deren Komponenten auf verschiedene Art und Weise zusammenarbeiten. Eine Möglichkeit, dieses Konzept auf die Theorie der formalen Sprachen zu übertragen, ist die Definition von Grammatiksystemen. Ein Grammatiksystem besteht aus mehreren Grammatiken, die nach bestimmten Regeln zusammenarbeiten. Hauptsächlich unterscheidet man dabei zwischen sequentieller und paralleler Kooperation. In dieser Arbeitwerden kontextfreie „cooperating distributed“ (CD) Grammatiksysteme, ein Modell mit sequentieller Kooperation, betrachtet. Zur Erzeugung eines Wortes arbeiten dabei mehrere kontextfreie Grammatiken, die Komponenten, an einer gemeinsamen Satzform. Zu jedem Zeitpunkt ist immer nur eine einzige Komponente aktiv. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Beschreibungskomplexität von CD Grammatiksystemen. Dabei wird zuerst auf die verschiedenen Maße für die Größe oder statische Komplexität eines CD Grammatiksystems eingegangen. Ein wichtiges Ergebnis im ersten Teil der Arbeit ist, daß man für CD Grammatiksysteme und insbesondere hybride CD Grammatiksysteme, eine Verallgemeinerung von kontextfreien CD Grammatiksystemen, einige dieser Maße nach oben beschränken kann. Darunter fallen die Anzahl der Komponenten und die maximale Anzahl von Produktionen in einer Komponente. Hält man einen der beiden Parameter fest, so entsteht eine unendliche Hierarchie über dem anderen Parameter. Der zweite Teil der Arbeit konzentriert sich darauf, Ergebnisse für Größenmaße zu erzielen, die nicht nur einzelne Aspekte der Komplexität, sondern die gesamte Größe oder Länge eines CD Grammatiksystems darstellen. Dafür werden CD Grammatiksysteme geeignet eingeschränkt. Man erhält metalineare Systeme und Systeme von endlichem Index. Im Gegensatz zum unbeschränkten Modell kann hier die generative Mächtigkeit sehr genau charakterisiert werden und es können Hilfsmittel wie Pumpinglemmata gezeigt werden.Weitere Resultate sind eine unendliche Hierarchie über der Breite beziehungsweise dem Index solcher Grammatiksysteme. Das wesentliches Resultat im zweiten Teil dieser Arbeit besteht daraus, daß zwischen zwei Klassen von diesen eingeschränkten CD Grammatiksystemen, deren entsprechende Sprachklassen echt ineinander enthalten sind, nichtrekursive Tradeoffs existieren. Das heißt, daß sich der Größenzuwachs beim Wechsel von der stärkeren Klasse von CD Grammatiksystemen in die schwächere durch keine rekursive Funktion beschränken läßt.
The ALICE collaboration at the LHC reports measurement of the inclusive production cross section of electrons from semi-leptonic decays of beauty hadrons with rapidity |y|<0.8 and transverse momentum 1<pT<10 GeV/c, in pp collisions at s√= 2.76 TeV. Electrons not originating from semi-electronic decay of beauty hadrons are suppressed using the impact parameter of the corresponding tracks. The production cross section of beauty decay electrons is compared to the result obtained with an alternative method which uses the distribution of the azimuthal angle between heavy-flavour decay electrons and charged hadrons. Perturbative QCD calculations agree with the measured cross section within the experimental and theoretical uncertainties. The integrated visible cross section, σb→e=3.47±0.40(stat)+1.12−1.33(sys)±0.07(norm)μb, was extrapolated to full phase space using Fixed Order plus Next-to-Leading Log (FONLL) predictions to obtain the total bb¯ production cross section, σbb¯=130±15.1(stat)+42.1−49.8(sys)+3.4−3.1(extr)±2.5(norm)±4.4(BR)μb.
The ALICE collaboration at the LHC reports measurement of the inclusive production cross section of electrons from semi-leptonic decays of beauty hadrons with rapidity |y|<0.8 and transverse momentum 1<pT<10 GeV/c, in pp collisions at s√= 2.76 TeV. Electrons not originating from semi-electronic decay of beauty hadrons are suppressed using the impact parameter of the corresponding tracks. The production cross section of beauty decay electrons is compared to the result obtained with an alternative method which uses the distribution of the azimuthal angle between heavy-flavour decay electrons and charged hadrons. Perturbative QCD calculations agree with the measured cross section within the experimental and theoretical uncertainties. The integrated visible cross section, σb→e=3.47±0.40(stat)+1.12−1.33(sys)±0.07(norm)μb, was extrapolated to full phase space using Fixed Order plus Next-to-Leading Log (FONLL) predictions to obtain the total bb¯ production cross section, σbb¯=130±15.1(stat)+42.1−49.8(sys)+3.4−3.1(extr)±2.5(norm)±4.4(BR)μb.
Bayessche Methoden zur Schätzung von Stammbäumen mit Verzweigungszeitpunkten aus molekularen Daten
(2009)
Ein großes Ziel der Evolutionsbiologie ist es, die Stammesgeschichte der Arten zu rekonstruieren. Historisch verwendeten Systematiker hierfür morphologische und anatomische Merkmale. Mit dem stetigen Zuwachs an verfügbaren Sequenzdaten werden heute verstärkt Methoden entwickelt und eingesetzt, welche die Rekonstruktion auf Basis von molekularen Daten ermöglichen. Im Fokus der aktuellen Forschung steht die Anwendung und Weiterentwicklung Bayesscher Methoden. Diese Methoden besitzen große Popularität, da sie in Verbindung mit Markov-Ketten-Monte-Carlo-Verfahren eingesetzt werden können, um einen Stammbaum zu vorgegebenen Spezies zu schätzen und dessen Variabilität zu bestimmen. Im Rahmen dieser Dissertation wurde die erweiterbare Software TreeTime entwickelt. TreeTime bietet Schnittstellen für die Einbindung von molekularen Evolutions- und Ratenänderungsmodellen und stellt neu entwickelte Methoden bereit, um Stammbäume mit Verzweigungszeitpunkten zu rekonstruieren. In TreeTime werden die molekularen Daten und die zeitlichen Informationen, wie z.B. Fossilfunde, in einem Bayes-Verfahren simultan berücksichtigt, um die Zeitpunkte der Artaufspaltungen genauer zu datieren. Für die Anwendung Bayesscher Methoden in der Rekonstruktion von Stammbäumen wird ein stochastisches Modell benötigt, das die Evolution der molekularen Sequenzen entlang den Kanten eines Stammbaums beschreibt. Der Mutationsprozess der Sequenzen wird durch ein molekulares Evolutionsmodell definiert. Die Verwendung der klassischen molekularen Evolutionsmodelle impliziert die Annahme einer konstanten Evolutionsgeschwindigkeit der Sequenzen im Stammbaum. Diese Annahme wird als Hypothese der molekularen Uhr bezeichnet und bildet die Grundlage zum Schätzen der Verzweigungszeiten des Stammbaums. Der Verzweigungszeitpunkt, an dem sich zwei Spezies im Stammbaum aufspalten, spiegelt sich in der Ähnlichkeit der zugehörigen molekularen Sequenzen. Je älter dieser Verzweigungszeitpunkt ist, desto größer ist die Anzahl der unterschiedlichen Positionen in den Sequenzen. Häufig ist jedoch die Annahme der molekularen Uhr verletzt, so dass in gewissen Teilbereichen eines Stammbaums eine erhöhte Evolutionsgeschwindigkeit nachweisbar ist. Falls die Verletzung konstanter Evolutionsgeschwindigkeiten nicht ausgeschlossen werden kann, sollten schwankende Mutationsraten in der Modellierung explizit berücksichtigt werden. Hierfür wurden verschiedene Ratenänderungsmodelle vorgeschlagen. Bisher sind nur wenige dieser Ratenänderungsmodelle in Softwarepaketen verfügbar und ihre Eigenschaften sind nicht ausreichend erforscht. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Bereitstellung von Bayesschen Modellen und Methoden zum Schätzen von Stammbäumen mit Verzweigungszeitpunkten. Die Methoden sollten auch bei unterschiedlichen Evolutionsgeschwindigkeiten im Stammbaum anwendbar sein. Vorgestellt wird ein neues Ratenänderungsmodell, eine neue Möglichkeit der Angabe von flexiblen Beschränkungen für die Topologie des Stammbaums sowie die Nutzung dieser Beschränkungen für die zeitliche Kalibrierung. Das neue Raten Änderungsmodell sowie die topologischen und zeitlichen Beschränkungen werden in einen modularen Softwareentwurf eingebettet. Durch den erweiterbaren Entwurf können bestehende und zukünftige molekulare Evolutionsmodelle und Ratenänderungsmodelle in die Software eingebunden und verwendet werden. Die vorgestellten Modelle und Methoden werden gemäß dem Softwareentwurf in das neu entwickelte Programm TreeTime aufgenommen und effzient implementiert. Zusätzlich werden bereits vorhandene Modelle programmiert und eingebunden, die nicht in anderen Softwarepaketen verfügbar sind. Des Weiteren wird eine neue Methode entwickelt und angewendet, um die Passgenauigkeit eines Modells für die Apriori-Verteilung auf der Menge der Baumtopologien zu beurteilen. Diese Methode wird zur Auswahl geeigneter Modelle benutzt, indem eine Auswertung der beobachteten Baumtopologien der Datenbank TreeBASE durchgeführt wird. Anschließend wird die Software TreeTime in einer Simulationsstudie eingesetzt, um die Eigenschaften der implementierten Ratenänderungsmodelle zu vergleichen. Die Software wird für die Rekonstruktion des Stammbaums zu 38 Spezies aus der Familie der Eidechsen (Lacertidae) verwendet. Da die zugehörigen molekularen Daten von der Hypothese der molekularen Uhr abweichen, werden unterschiedliche Ratenänderungsmodelle bei der Rekonstruktion verwendet und abschließend bewertet. ........
The measurement of the azimuthal-correlation function of prompt D mesons with charged particles in pp collisions at s√ = 5.02 TeV and p-Pb collisions at sNN−−−√ = 5.02 TeV with the ALICE detector at the LHC is reported. The D0, D+, and D∗+ mesons, together with their charge conjugates, were reconstructed at midrapidity in the transverse momentum interval 3 < pT < 24 GeV/c and correlated with charged particles having pT > 0.3 GeV/c and pseudorapidity |η|< 0.8. The properties of the correlation peaks appearing in the near- and away-side regions (for Δφ≈ 0 and Δφ≈π, respectively) were extracted via a fit to the azimuthal correlation functions. The shape of the correlation functions and the near- and away-side peak features are found to be consistent in pp and p-Pb collisions, showing no modifications due to nuclear effects within uncertainties. The results are compared with predictions from Monte Carlo simulations performed with the PYTHIA, POWHEG+PYTHIA, HERWIG, and EPOS 3 event generators.
The measurement of the azimuthal-correlation function of prompt D mesons with charged particles in pp collisions at s√ = 5.02 TeV and p-Pb collisions at sNN−−−√ = 5.02 TeV with the ALICE detector at the LHC is reported. The D0, D+, and D∗+ mesons, together with their charge conjugates, were reconstructed at midrapidity in the transverse momentum interval 3 < pT < 24 GeV/c and correlated with charged particles having pT > 0.3 GeV/c and pseudorapidity |η|< 0.8. The properties of the correlation peaks appearing in the near- and away-side regions (for Δφ≈ 0 and Δφ≈π, respectively) were extracted via a fit to the azimuthal correlation functions. The shape of the correlation functions and the near- and away-side peak features are found to be consistent in pp and p-Pb collisions, showing no modifications due to nuclear effects within uncertainties. The results are compared with predictions from Monte Carlo simulations performed with the PYTHIA, POWHEG+PYTHIA, HERWIG, and EPOS 3 event generators.
The azimuthal (Δφ) correlation distributions between heavy-flavor decay electrons and associated charged particles are measured in pp and p−Pb collisions at sNN−−−√=5.02 TeV. Results are reported for electrons with transverse momentum 4<pT<16 GeV/c and pseudorapidity |η|<0.6. The associated charged particles are selected with transverse momentum 1<pT<7 GeV/c, and relative pseudorapidity separation with the leading electron |Δη|<1. The correlation measurements are performed to study and characterize the fragmentation and hadronization of heavy quarks. The correlation structures are fitted with a constant and two von Mises functions to obtain the baseline and the near- and away-side peaks, respectively. The results from p−Pb collisions are compared with those from pp collisions to study the effects of cold nuclear matter. In the measured trigger electron and associated particle kinematic regions, the two collision systems give consistent results. The Δφ distribution and the peak observables in pp and p−Pb collisions are compared with calculations from various Monte Carlo event generators.
The azimuthal (Δφ) correlation distributions between heavy-flavor decay electrons and associated charged particles are measured in pp and p−Pb collisions at sNN−−−√=5.02 TeV. Results are reported for electrons with transverse momentum 4<pT<16 GeV/c and pseudorapidity |η|<0.6. The associated charged particles are selected with transverse momentum 1<pT<7 GeV/c, and relative pseudorapidity separation with the leading electron |Δη|<1. The correlation measurements are performed to study and characterize the fragmentation and hadronization of heavy quarks. The correlation structures are fitted with a constant and two von Mises functions to obtain the baseline and the near- and away-side peaks, respectively. The results from p−Pb collisions are compared with those from pp collisions to study the effects of cold nuclear matter. In the measured trigger electron and associated particle kinematic regions, the two collision systems give consistent results. The Δφ distribution and the peak observables in pp and p−Pb collisions are compared with calculations from various Monte Carlo event generators.
The azimuthal (Δφ) correlation distributions between heavy-flavor decay electrons and associated charged particles are measured in pp and p−Pb collisions at sNN−−−√=5.02 TeV. Results are reported for electrons with transverse momentum 4<pT<16 GeV/c and pseudorapidity |η|<0.6. The associated charged particles are selected with transverse momentum 1<pT<7 GeV/c, and relative pseudorapidity separation with the leading electron |Δη|<1. The correlation measurements are performed to study and characterize the fragmentation and hadronization of heavy quarks. The correlation structures are fitted with a constant and two von Mises functions to obtain the baseline and the near- and away-side peaks, respectively. The results from p−Pb collisions are compared with those from pp collisions to study the effects of cold nuclear matter. In the measured trigger electron and associated particle kinematic regions, the two collision systems give consistent results. The Δφ distribution and the peak observables in pp and p−Pb collisions are compared with calculations from various Monte Carlo event generators.
The azimuthal (Δφ) correlation distributions between heavy-flavor decay electrons and associated charged particles are measured in pp and p−Pb collisions at sNN−−−√=5.02 TeV. Results are reported for electrons with transverse momentum 4<pT<16 GeV/c and pseudorapidity |η|<0.6. The associated charged particles are selected with transverse momentum 1<pT<7 GeV/c, and relative pseudorapidity separation with the leading electron |Δη|<1. The correlation measurements are performed to study and characterize the fragmentation and hadronization of heavy quarks. The correlation structures are fitted with a constant and two von Mises functions to obtain the baseline and the near- and away-side peaks, respectively. The results from p−Pb collisions are compared with those from pp collisions to study the effects of cold nuclear matter. In the measured trigger electron and associated particle kinematic regions, the two collision systems give consistent results. The Δφ distribution and the peak observables in pp and p−Pb collisions are compared with calculations from various Monte Carlo event generators.
Angular correlations between heavy-flavour decay electrons and charged particles at mid-rapidity (|η|<0.8) are measured in p-Pb collisions at sNN−−−√ = 5.02 TeV. The analysis is carried out for the 0-20% (high) and 60-100% (low) multiplicity ranges. The jet contribution in the correlation distribution from high-multiplicity events is removed by subtracting the distribution from low-multiplicity events. An azimuthal modulation remains after removing the jet contribution, similar to previous observations in two-particle angular correlation measurements for light-flavour hadrons. A Fourier decomposition of the modulation results in a positive second-order coefficient (v2) for heavy-flavour decay electrons in the transverse momentum interval 1.5<pT<4 GeV/c in high-multiplicity events, with a significance larger than 5σ. The results are compared with those of charged particles at mid-rapidity and of inclusive muons at forward rapidity. The v2 measurement of open heavy-flavour particles at mid-rapidity in small collision systems could provide crucial information to help interpret the anisotropies observed in such systems.
Angular correlations between heavy-flavour decay electrons and charged particles at mid-rapidity (|η|<0.8) are measured in p-Pb collisions at sNN−−−√ = 5.02 TeV. The analysis is carried out for the 0-20% (high) and 60-100% (low) multiplicity ranges. The jet contribution in the correlation distribution from high-multiplicity events is removed by subtracting the distribution from low-multiplicity events. An azimuthal modulation remains after removing the jet contribution, similar to previous observations in two-particle angular correlation measurements for light-flavour hadrons. A Fourier decomposition of the modulation results in a positive second-order coefficient (v2) for heavy-flavour decay electrons in the transverse momentum interval 1.5<pT<4 GeV/c in high-multiplicity events, with a significance larger than 5σ. The results are compared with those of charged particles at mid-rapidity and of inclusive muons at forward rapidity. The v2 measurement of open heavy-flavour particles at mid-rapidity in small collision systems could provide crucial information to help interpret the anisotropies observed in such systems.
Angular correlations between heavy-flavour decay electrons and charged particles at mid-rapidity (|η|<0.8) are measured in p-Pb collisions at sNN−−−√ = 5.02 TeV. The analysis is carried out for the 0-20% (high) and 60-100% (low) multiplicity ranges. The jet contribution in the correlation distribution from high-multiplicity events is removed by subtracting the distribution from low-multiplicity events. An azimuthal modulation remains after removing the jet contribution, similar to previous observations in two-particle angular correlation measurements for light-flavour hadrons. A Fourier decomposition of the modulation results in a positive second-order coefficient (v2) for heavy-flavour decay electrons in the transverse momentum interval 1.5<pT<4 GeV/c in high-multiplicity events, with a significance larger than 5σ. The results are compared with those of charged particles at mid-rapidity and of inclusive muons at forward rapidity. The v2 measurement of open heavy-flavour particles at mid-rapidity in small collision systems could provide crucial information to help interpret the anisotropies observed in such systems.
We present measurements of the azimuthal dependence of charged jet production in central and semi-central √sNN=2.76 TeV Pb–Pb collisions with respect to the second harmonic event plane, quantified as v2ch jet. Jet finding is performed employing the anti-kT algorithm with a resolution parameter R=0.2 using charged tracks from the ALICE tracking system. The contribution of the azimuthal anisotropy of the underlying event is taken into account event-by-event. The remaining (statistical) region-to-region fluctuations are removed on an ensemble basis by unfolding the jet spectra for different event plane orientations independently. Significant non-zero v2ch jet is observed in semi-central collisions (30–50% centrality) for 20<pTch jet<90 GeV/c. The azimuthal dependence of the charged jet production is similar to the dependence observed for jets comprising both charged and neutral fragments, and compatible with measurements of the v2 of single charged particles at high pT. Good agreement between the data and predictions from JEWEL, an event generator simulating parton shower evolution in the presence of a dense QCD medium, is found in semi-central collisions.
We present measurements of the azimuthal dependence of charged jet production in central and semi-central sNN−−−√ = 2.76 TeV Pb-Pb collisions with respect to the second harmonic event plane, quantified as vch jet2. Jet finding is performed employing the anti-kT algorithm with a resolution parameter R = 0.2 using charged tracks from the ALICE tracking system. The contribution of the azimuthal anisotropy of the underlying event is taken into account event-by-event. The remaining (statistical) region-to-region fluctuations are removed on an ensemble basis by unfolding the jet spectra for different event plane orientations independently. Significant non-zero vch jet2 is observed in semi-central collisions (30-50\% centrality) for 20 < pch jetT < 90 GeV/c. The azimuthal dependence of the charged jet production is similar to the dependence observed for jets comprising both charged and neutral fragments, and compatible with measurements of the v2 of single charged particles at high pT. Good agreement between the data and predictions from JEWEL, an event generator simulating parton shower evolution in the presence of a dense QCD medium, is found in semi-central collisions.
We present measurements of the azimuthal dependence of charged jet production in central and semi-central sNN−−−√ = 2.76 TeV Pb-Pb collisions with respect to the second harmonic event plane, quantified as vch jet2. Jet finding is performed employing the anti-kT algorithm with a resolution parameter R = 0.2 using charged tracks from the ALICE tracking system. The contribution of the azimuthal anisotropy of the underlying event is taken into account event-by-event. The remaining (statistical) region-to-region fluctuations are removed on an ensemble basis by unfolding the jet spectra for different event plane orientations independently. Significant non-zero vch jet2 is observed in semi-central collisions (30-50\% centrality) for 20 < pch jetT < 90 GeV/c. The azimuthal dependence of the charged jet production is similar to the dependence observed for jets comprising both charged and neutral fragments, and compatible with measurements of the v2 of single charged particles at high pT. Good agreement between the data and predictions from JEWEL, an event generator simulating parton shower evolution in the presence of a dense QCD medium, is found in semi-central collisions.
Recent advances in artificial neural networks enabled the quick development of new learning algorithms, which, among other things, pave the way to novel robotic applications. Traditionally, robots are programmed by human experts so as to accomplish pre-defined tasks. Such robots must operate in a controlled environment to guarantee repeatability, are designed to solve one unique task and require costly hours of development. In developmental robotics, researchers try to artificially imitate the way living beings acquire their behavior by learning. Learning algorithms are key to conceive versatile and robust robots that can adapt to their environment and solve multiple tasks efficiently. In particular, Reinforcement Learning (RL) studies the acquisition of skills through teaching via rewards. In this thesis, we will introduce RL and present recent advances in RL applied to robotics. We will review Intrinsically Motivated (IM) learning, a special form of RL, and we will apply in particular the Active Efficient Coding (AEC) principle to the learning of active vision. We also propose an overview of Hierarchical Reinforcement Learning (HRL), an other special form of RL, and apply its principle to a robotic manipulation task.
Das Ziel dieser Arbeit ist, einen Text automatisch darauf zu untersuchen, ob er Gebäude beschreibt, und diese gegebenenfalls zu visualisieren. Zu diesem Zweck wurde ein Prototyp entwickelt, der mithilfe von NLP-Software auf Basis einer UIMA-Pipeline einen Text auf Gebäudedaten untersucht und diese anschließend als 3D-Modelle auf einer Karte visualisiert. Um die Güte des Projekts zu bestimmen wurde eine Evaluation durchgeführt, in der die Aufgabe darin bestand, Paragraphen ihren zugehörigen 3D-Modellen zuzuordnen. Die Ergebnisse wiesen eine Erkennungsrate von 88.67\% auf. Jedoch wurden auch Schwächen im Standardisierungsverfahren der Parameter und in der einseitigen Art zu Visualisieren aufgezeigt. Zum Schluss wird vorgestellt, wie diese Schwachstellen mithilfe eines ontologischen Modells behoben werden können und wie mit dem Projekt weiterverfahren werden kann.
Our recently developed LRSX Tool implements a technique to automatically prove the correctness of program transformations in higher-order program calculi which may permit recursive let-bindings as they occur in functional programming languages. A program transformation is correct if it preserves the observational semantics of programs- In our tool the so-called diagram method is automated by combining unification, matching, and reasoning on alpha-renamings on the higher-order metalanguage, and automating induction proofs via an encoding into termination problems of term rewrite systems. We explain the techniques, we illustrate the usage of the tool, and we report on experiments.
To accommodate the growth of the software industry, programming languages are getting increasingly easy to use. The latest trend in the simplification of the software development process is the usage of visual programming environments. To make visual programming effective, the graph-like representation of the source code must be clearly arranged. This thesis details some of the difficulties in automatic layout generation and proposes an interface as well as two different implementations of automatic layout generators to integrate into the VWorkflows visual programming framework.
This paper describes context analysis, an extension to strictness analysis for lazy functional languages. In particular it extends Wadler's four point domain and permits in nitely many abstract values. A calculus is presented based on abstract reduction which given the abstract values for the result automatically finds the abstract values for the arguments. The results of the analysis are useful for veri fication purposes and can also be used in compilers which require strictness information.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine authentische Verdeckung eingebetteter virtueller 3D-Objekte in augmentierten Bilderwelten bei einer geringen Anzahl an Fotos innerhalb der Bilderwelt zu erreichen. Für die Verdeckung von realen und virtuellen Anteilen einer Augmented Reality-Szene sind Tiefeninformationen notwendig. Diese stammen üblicherweise aus einer 3D-Rekonstruktion, für deren Erstellung sehr viele Eingangsbilder notwendig sind. Im Gegensatz dazu wurde in dieser Arbeit ein System entwickelt, das eine vollständige 3D-Rekonstruktion umgeht. Dieses beruht auf einem direkten bildbasierten Rendering-Ansatz, welcher auch mit unvollständigen Tiefeninformationen eine hohe Bildqualität in Bezug auf eine authentische Verdeckung erreicht. Daraus erschließen sich neue Anwendungsgebiete, wie z.B. die automatisierte Visualisierung von 3D-Planungsdaten und 3D-Produktpräsentationen in Bildern bzw. Bilderwelten, da in diesen Bereichen oftmals nicht genügend große Bildmengen vorhanden sind. Gerade für diese Anwendungsgebiete sind authentische Verdeckungen für die Nutzerakzeptanz der Augmentierung wichtig. Unter authentischer Verdeckung wird die entsprechend der menschlichen Wahrnehmung visuell korrekte Überlagerung zwischen virtuellen Objekten und einzelnen Bildanteilen eines oder mehrerer Fotos verstanden. Das Ergebnis wird in Form einer Bilderwelt (eine bildbasierte 3D-Welt, die die Fotos entsprechend der Bildinhalte räumlich anordnet) präsentiert, die mit virtuellen Objekten erweitert wurde. Folglich ordnet sich diese Arbeit in das Fachgebiet der Augmented Reality ein. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Verfahren für die bildbasierte Darstellung mit authentischen Verdeckungen auf der Basis von unvollständigen Tiefeninformationen sowie unterschiedliche Verfahren für die notwendige Berechnung der Tiefeninformationen entwickelt und gegenübergestellt. Das Sliced-Image-Rendering-Verfahren rendert mithilfe unvollständiger Tiefeninformationen ein Bild ohne 3D-Geometrie als dreidimensionale Darstellung und realisiert auf diese Weise eine authentische Verdeckung. Das Berechnen der dafür notwendigen Tiefeninformationen eines 2D-Bildes stellt eine gesonderte Herausforderung dar, da die Bilderwelt nur wenige und unvollständige 3D-Informationen der abgebildeten Szene bereitstellt. Folglich kann eine qualitativ hochwertige 3D-Rekonstruktion nicht durchgeführt werden. Die Fragestellung ist daher, wie einzelne Tiefeninformationen berechnet und diese anschließend größeren Bildbereichen zugeordnet werden können. Für diese Tiefenzuordnung wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit drei verschiedene Verfahren konzipiert, die sich in Bezug auf genutzte Daten und deren Verarbeitung unterscheiden. Das Segment-Depth-Matching-Verfahren ordnet Segmenten eines Bildes mithilfe der 3D-Szeneninformationen der Bilderwelt eine Tiefe zu. Hierfür werden Segmentbilder vorausgesetzt. Als Ergebnis liegt für jedes Foto eine Depth-Map vor. Um eine Tiefenzuordnung auch ohne eine vorangehende Segmentierung zu ermöglichen, wurde das Key-Point-Depth-Matching-Verfahren entwickelt. Bei diesem Verfahren werden die 3D-Szeneninformationen der Bilderwelt auf die Bildebene als kreisförmige Sprites projiziert. Die Distanz zur Kamera wird dabei als Tiefenwert für das Sprite verwendet. Alle projizierten Sprites einer Kamera ergeben die Depth-Map. Beide Verfahren liefern Flächen mit Tiefeninformationen, aber keine pixelgenauen Depth-Maps. Um pixelgenaue Depth-Maps zu erzeugen, wurde das Geometry-Depth-Matching-Verfahren entwickelt. Bei diesem Verfahren wird eine Szenengeometrie des abgebildeten Szenenausschnittes erzeugt und dadurch eine pixelgenaue Depth-Map erstellt. Hierfür wird ein semiautomatischer Skizzierungsschritt vorausgesetzt. Die erzeugte Szenengeometrie stellt keine vollständige 3D-Rekonstruktion der Bilderweltenszene dar, da nur ein Szenenausschnitt aus Sicht einer Kamera rekonstruiert wird. Anhand einer technischen Umsetzung erfolgte eine Validierung der konzeptionellen Verfahren. Die daraus resultierenden Ergebnisse wurden anhand verschiedener Bilderweltenszenen mit unterschiedlichen Eigenschaften (Außen- und Innenraumszenen, detailreich und -arm, unterschiedliche Bildmengen) evaluiert. Die Evaluierung des Sliced-Image-Renderings zeigt, dass mithilfe unvollständiger Tiefeninformationen der entwickelten Depth-Matching-Verfahren und unter Einhaltung der gestellten Anforderungen (wenig Eingabefotos, kleine Szenen, keine 3D-Rekonstruktion) eine authentische Verdeckung eingebetteter virtueller 3D-Objekte in Bilderwelten realisiert werden kann. Mithilfe des entwickelten Systems können bildbasierte Anwendungen auch mit kleinen Fotomengen Augmentierungen mit hoher Bildqualität in Bezug auf eine authentische Verdeckung realisieren.
Augmented Reality ist eine Technologie, mit der die Wahrnehmung der realen Umgebung durch computergenerierte Sinnesreize verändert bzw. erweitert wird. Zur Erweiterung dieser „angereicherten Realität“ werden virtuelle Informationen wie z.B. 3D-Objekte, Grafiken und Videos in Echtzeit in Abbildern der realen Umgebung dargestellt. Die Erweiterungen helfen dem Anwender Aufgaben in der Realität auszuführen, da sie ihm Informationen bereitstellen, die er – ohne AR – nicht unmittelbar wahrnehmen könnte. Die Zielsetzung ist, dem Benutzer den Eindruck zu vermitteln, dass die reale Umgebung und die virtuellen Objekte koexistent miteinander verschmelzen. Für AR-Anwendungen existieren zahlreiche potenzielle Einsatzgebiete, doch verhindern bisher einige Probleme die Verbreitung dieser Technologie. Einer breiten Nutzung von AR-Anwendungen steht beispielsweise die Problematik gegenüber, dass deren Erstellung hohe programmiertechnische Anforderungen an die Entwickler stellt. Zur Verminderung dieser Probleme ist es wünschenswert Benutzern ohne Programmierkenntnisse (Autoren) die Entwicklung von AR-Anwendungen zu ermöglichen. Zum anderen bestehen technologische Probleme bei den für die Registrierung der virtuellen Objekte essenziellen Trackingverfahren. Weiterhin weisen die bisherigen AR-Anwendungen im Allgemeinen und die mittels autorenorientierter Systeme erstellten AR-Applikationen im Besonderen Defizite bezüglich der Authentizität der Darstellungen auf. Dabei sind hauptsächlich inkorrekte Verdeckungen und unrealistische Schatten bei den virtuellen Objekten verantwortlich für den Verlust des Koexistenzeindrucks. In dieser Arbeit wird unter Berücksichtigung der Trackingprobleme und auf Basis von Analysen, die die wichtigsten Authentizitätskriterien bestimmen, ein Konzept zur authentischen Integration von virtuellen Objekten in AR-Anwendungen erarbeitet und dargelegt. Auf diesem Integrationsprozess basierend werden Konzepte für Werkzeuge mit grafischen Benutzungsschnittstellen abgeleitet, mit denen Autoren die Erstellung von AR-Anwendungen mit hoher Darstellungsauthentizität ermöglicht wird. Einerseits verfügen die mit diesen Werkzeugen erstellten AR-Anwendungen über eine verbesserte Registrierung der virtuellen Objekte. Andererseits stellen die Werkzeuge Lösungen bereit, damit die virtuellen Objekte der AR-Anwendungen korrekte Verdeckungen aufweisen und über Schatten und Schattierungseffekte verfügen, die mit der tatsächlichen Beleuchtungssituation der realen Umgebung übereinstimmen. Sämtliche dieser Autorenwerkzeuge basieren auf einem in dieser Arbeit dargelegten Prinzip, bei dem die authentische Integration mittels leicht verständlicher bzw. wenig komplexer Arbeitsschritte und auf Basis der Verwendung einer Bildsequenz der realen Zielumgebung stattfindet. Die Konzepte dieser Arbeit werden durch die Implementierung der Autorenwerkzeuge validiert. Dabei zeigt sich, dass die Konzepte technisch umsetzbar sind. Die Evaluierung basiert auf der Gegenüberstellung eines in dieser Arbeit entwickelten Anforderungskatalogs und verdeutlicht die Eignung des Integrationsprozesses und der davon abgeleiteten Konzepte der Autorenwerkzeuge. Die Autorenwerkzeuge werden in eine bestehende, frei verfügbare AR-Autorenumgebung integriert.
Lernplattformen sind E-Learning-Systeme, deren Kernfunktionalität die Verwaltung und Verteilung von Lernmaterialien über das World Wide Web ist. In dieser Arbeit wurde untersucht, wie durch Aufzeichnung (Tracking), Auswertung und Visualisierung von Lernaktivitäten in Lernplattformen eine Verbesserung der Lernqualität erreicht werden kann. Der Ansatzpunkt dafür war, Informationen zu Lernaktivitäten in geeigneter Weise Lehrenden und Lernenden zu präsentieren, so dass diese Rückschlüsse ziehen können, um Lernprozesse eigenständig zu optimieren. Viele Lernplattformen verfolgen bereits diesen Ansatz und verfügen deshalb über entsprechende Funktionalität.
Es mussten zwei wesentliche Fragen beantwortet werden:
1. Was müssen Lernende und Lehrende über erfolgte Lernaktivitäten wissen?
2. Wie werden Lernaktivitäten in geeigneter Weise präsentiert?
Diese Fragen wurden durch Betrachtung existierender Lernplattformen (State of the Art) sowie Befragung von Experten in Form von Interviews beantwortet. Zur Beantwortung der 2. Frage wurden außerdem allgemeine Grundlagen der Auswertung und Visualisierung von Daten verwendet sowie (zu einem geringen Teil) Auswertungs- und Visualisierungsverfahren von Systemen, die keine Lernplattformen sind. Besondere Aufmerksamkeit wurde auch dem
Datenschutz gewidmet.
Beruhend auf den gewonnenen Erkenntnissen wurde dann ein Konzept für ein Auswertungs-/Visualisierungssystem entwickelt das in verschiedenen Punkten eine Verbesserung des State of the Art darstellt.
Teile des Konzepts wurden schließlich für das webbasierte Softwaresystem LernBar, das über einen Großteil der Funktionalität einer Lernplattform verfügt, prototypisch implementiert. Durch die Implementierung soll es ermöglicht werden, das Konzept im praktischen Einsatz zu evaluieren, was im Rahmen dieser Arbeit nicht möglich war.
In der folgenden Anleitung werden diverse Methoden für den Zugriff auf das Ressourcen-Management, entwickelt von der AG Texttechnologie, erläutert. Das Ressourcen-Management ist für alle Anwendungen identisch. Erklärt wird das Auslesen des Ressourcen-Managements der Projects „PHI Picturing Atlas“. Alle Anweisungen erfolgen per RESTful-Aufrufen. Die API-Dokumentation findet sich unter http://phi.resources.hucompute.org.
Wir betrachten in dieser Diplomarbeit die Sicherheit des ringbasierten Public Key Kryptosystems NTRU, das 1996 von J. Hoffstein, J. Pipher und J.H. Silverman vorgeschlagen wurde. Dieses Kryptosystem bietet schnelle Kodierung und Dekodierung in Laufzeit O(n exp 2) bei kleinem Sicherheitsparameter n. Die Sicherheit des Systems beruht auf einem Polynomfaktorisierungsproblem (PFP)im Polynomring Zq[X]/(X exp n -1). Das PFP wurde von Coppersmith und Shamir auf ein Kürzestes Vektor Problem im Gitter Lcs reduziert. Die neuen Ergebnisse dieser Arbeit bauen auf dem Gitter Lcs auf. Wir betrachten die Nachteile von Lcs und konstruieren verbesserte Gitterbasen zum Angriff auf das NTRU-Kryptosystem. Dabei nutzen wir Strukturen des Polynomrings Zq[X]/(X exp n -1) und der geheimen Schlüssel aus. Durch die neuen Gitterbasen wird der Quotient aus der Länge des zweitkürzesten und der Länge des kürzesten Gittervektors vergrößert. Da wir Approximationsalgorithmen zum Finden eines kürzesten Vektors verwenden, beschleunigt dies die Attacken. Wir präsentieren verschiedene Methoden, wie man die Dimension der Gitterbasen verkleinern kann. Durch die verbesserten Gitterattacken erhalten wir eine Cryptanalyse des NTRU-Systems in der vorgeschlagenen mittleren Sicherheitsstufe. Beträgt die Zeit zum Brechen eines Public-Keys unter Verwendung der Coppersmith/Shamir-Basis 1 Monat, so verringert sich die Laufzeit durch einen kombinierten Einsatz der neuen Gitterbasen auf ca. 5 Stunden auf einem Rechner und bei Parallelisierung auf ca. 1:20 Stunde auf 4 Rechnern. Wir erwarten, daß die neuen Methoden NTRU in hoher Sicherheitsstufe n = 167 brechen, obwohl für dieses n bisher nur "schwache" Schlüssel gebrochen wurden. Trotz signifikanter Verbesserungen deuten die experimentellen Ergebnisse auf ein exponentielles Laufzeitverhalten bei steigendem Sicherheitsparameter n hin. Der Laufzeitexponent kann allerdings gesenkt werden, so daß man n größer wählen muß, um Sicherheit gegenüber den neuen Attacken zu erzielen. Auch wenn das NTRU-Kryptosystem nicht vollständig gebrochen wird, verliert es seinen größten Vorteil gegenüber anderen Public Key Kryptosystemen: Die effiziente Kodierung und Dekodierung bei kleinem Sicherheitsparameter n.
We introduce algorithms for lattice basis reduction that are improvements of the famous L3-algorithm. If a random L3-reduced lattice basis b1,b2,...,bn is given such that the vector of reduced Gram-Schmidt coefficients ({µi,j} 1<= j< i<= n) is uniformly distributed in [0,1)n(n-1)/2, then the pruned enumeration finds with positive probability a shortest lattice vector. We demonstrate the power of these algorithms by solving random subset sum problems of arbitrary density with 74 and 82 many weights, by breaking the Chor-Rivest cryptoscheme in dimensions 103 and 151 and by breaking Damgard's hash function.
Assessing communicative accommodation in the context of large language models : a semiotic approach
(2023)
Recently, significant strides have been made in the ability of transformer-based chatbots to hold natural conversations. However, despite a growing societal and scientific relevancy, there are few frameworks systematically deriving what it means for a chatbot conversation to be natural. The present work approaches this question through the phenomenon of communicative accommodation/interactive alignment. While there is existing research suggesting that humans adapt communicatively to technologies, the aim of this work is to explore the accommodation of AI-chatbots to an interlocutor. Its research interest is twofold: Firstly, the structural ability of the transformer-architecture to support accommodative behavior is assessed using a frame constructed in accordance with existing accommodationtheories.
This results in hypotheses to be tested empirically. Secondly, since effective accommodation produces the same outcomes, regardless of technical implementation, a behavioral experiment is proposed. Existing quantifications of accommodation are reconciled,
extended, and modified to apply them to nonhuman-interlocutors. Thus, a measurement scheme is suggested which evaluates textual data from text-only, double-blind interactions between chatbots and humans, chatbots and chatbots and humans and humans. Using the generated human-to-human convergence data as a reference, the degree of artificial accommodation can be evaluated. Accommodation as a central facet of artificial interactivity can thus be evaluated directly against its theoretical paradigm, i.e. human interaction. In case that subsequent examinations show that chatbots effectively do not accommodate, there may be a new form of algorithmic bias, emerging from the aggregate accommodation towards chatbots but not towards humans. Thus, existing, hegemonic semantics could be cemented through chatbot-learning. Meanwhile, the ability to effectively accommodate would render chatbots vastly more susceptible to misuse.
Im Fachbereich der Computerlinguistik ist die automatische Generierung von Szenen aus, in natürlicher Sprache verfassten, Text seit bereits vielen Jahrzehnten ein wichtiger Bestandteil der Forschung, welche in der "Kunst", "Lehre" und "Robotik" Verwendung finden. Mit Hilfe von neuen Technologien im Bereich der Künstlichen Intelligenzen (KI), werden neue Entwicklungen möglich, welche diese Generierungen vereinfachen, allerdings auch undurchsichtige interne vom Modell getroffene Entscheidungen fördern.
Ziel der vorgeschlagenen Lösung „ARES: Annotation von Relationen und Eigenschaften zur Szenengenerierung“ ist es, ein modulares System zu entwerfen, wobei einzelne Prozesse für den Benutzer verständlich bleiben. Außerdem sollen Möglichkeiten geboten werden, neue Entitäten und Relationen, welche über die Textanalyse bereitgestellt werden, auch in die Szenengenerierung im dreidimensionalen Raum einzupflegen, ohne dass hierfür Code zwingend notwendig wird.
Der Fokus liegt auf der syntaktisch korrekten Darstellung der Elemente im Raum. Dagegen lässt sich die semantische Korrektheit durch weitere manuelle Anpassungen, welche für spätere Generierungen gespeichert werden erhöhen. Letztlich soll die Menge der zur Darstellung benötigten Annotationen möglichst gering bleiben und neue szenenbezogene Annotationen durch die implementierten Annotationstools hinzugefügt werden.
The amyloid precursor protein (APP) was discovered in the 1980s as the precursor protein of the amyloid A4 peptide. The amyloid A4 peptide, also known as A-beta (Aβ), is the main constituent of senile plaques implicated in Alzheimer’s disease (AD). In association with the amyloid deposits, increasing impairments in learning and memory as well as the degeneration of neurons especially in the hippocampus formation are hallmarks of the pathogenesis of AD. Within the last decades much effort has been expended into understanding the pathogenesis of AD. However, little is known about the physiological role of APP within the central nervous system (CNS). Allocating APP to the proteome of the highly dynamic presynaptic active zone (PAZ) identified APP as a novel player within this neuronal communication and signaling network. The analysis of the hippocampal PAZ proteome derived from APP-mutant mice demonstrates that APP is tightly embedded in the underlying protein network. Strikingly, APP deletion accounts for major dysregulation within the PAZ proteome network. Ca2+-homeostasis, neurotransmitter release and mitochondrial function are affected and resemble the outcome during the pathogenesis of AD. The observed changes in protein abundance that occur in the absence of APP as well as in AD suggest that APP is a structural and functional regulator within the hippocampal PAZ proteome. Within this review article, we intend to introduce APP as an important player within the hippocampal PAZ proteome and to outline the impact of APP deletion on individual PAZ proteome subcommunities.
It is well known that artificial neural nets can be used as approximators of any continous functions to any desired degree. Nevertheless, for a given application and a given network architecture the non-trivial task rests to determine the necessary number of neurons and the necessary accuracy (number of bits) per weight for a satisfactory operation. In this paper the problem is treated by an information theoretic approach. The values for the weights and thresholds in the approximator network are determined analytically. Furthermore, the accuracy of the weights and the number of neurons are seen as general system parameters which determine the the maximal output information (i.e. the approximation error) by the absolute amount and the relative distribution of information contained in the network. A new principle of optimal information distribution is proposed and the conditions for the optimal system parameters are derived. For the simple, instructive example of a linear approximation of a non-linear, quadratic function, the principle of optimal information distribution gives the the optimal system parameters, i.e. the number of neurons and the different resolutions of the variables.
Given a real vector alpha =(alpha1 ; : : : ; alpha d ) and a real number E > 0 a good Diophantine approximation to alpha is a number Q such that IIQ alpha mod Zk1 ", where k \Delta k1 denotes the 1-norm kxk1 := max 1id jx i j for x = (x1 ; : : : ; xd ). Lagarias [12] proved the NP-completeness of the corresponding decision problem, i.e., given a vector ff 2 Q d , a rational number " ? 0 and a number N 2 N+ , decide whether there exists a number Q with 1 Q N and kQff mod Zk1 ". We prove that, unless ...
Motivated by the question whether sound and expressive applicative similarities for program calculi with should-convergence exist, this paper investigates expressive applicative similarities for the untyped call-by-value lambda-calculus extended with McCarthy's ambiguous choice operator amb. Soundness of the applicative similarities w.r.t. contextual equivalence based on may-and should-convergence is proved by adapting Howe's method to should-convergence. As usual for nondeterministic calculi, similarity is not complete w.r.t. contextual equivalence which requires a rather complex counter example as a witness. Also the call-by-value lambda-calculus with the weaker nondeterministic construct erratic choice is analyzed and sound applicative similarities are provided. This justifies the expectation that also for more expressive and call-by-need higher-order calculi there are sound and powerful similarities for should-convergence.
Visual perception has increasingly grown important during the last decades in the robotics domain. Mobile robots have to localize themselves in known environments and carry out complex navigation tasks. This thesis presents an appearance-based or view-based approach to robot self-localization and robot navigation using holistic, spherical views obtained by cameras with large fields of view. For view-based methods, it is crucial to have a compressed image representation where different views can be stored and compared efficiently. Our approach relies on the spherical Fourier transform, which transforms a signal defined on the sphere to a small set of coefficients, approximating the original signal by a weighted sum of orthonormal basis functions, the so-called spherical harmonics. The truncated low order expansion of the image signal allows to compare input images efficiently, and the mathematical properties of spherical harmonics also allow for estimating rotation between two views, even in 3D. Since no geometrical measurements need to be done, modest quality of the vision system is sufficient. All experiments shown in this thesis are purely based on visual information to show the applicability of the approach. The research presented on robot self localization was focused on demonstrating the usability of the compressed spherical harmonics representation to solve the well-known kidnapped robot problem. To address this problem, the basic idea is to compare the current view to a set of images from a known environment to obtain a likelihood of robot positions. To localize the robot, one could choose the most probable position from the likelihood map; however, it is more beneficial to apply standard methods to integrate information over time while the robot moves, that is, particle or Kalman filters. The first step was to design a fast expansion method to obtain coefficient vectors directly in image space. This was achieved by back-projecting basis functions on the input image. The next steps were to develop a dissimilarity measure, an estimator for rotations between coefficient vectors, and a rotation-invariant dissimilarity measure, all of them purely based on the compact signal representation. With all these techniques at hand, generating likelihood maps is straightforward, but first experiments indicated strong dependence on illumination conditions. This is obviously a challenge for all holistic methods, in particular for a spherical harmonics approach, since local changes usually affect each single element of the coefficient vector. To cope with illumination changes, we investigated preprocessing steps leading to feature images (e.g. edge images, depth images), which bring together our holistic approach and classical feature-based methods. Furthermore, we concentrated on building a statistical model for typical changes of the coefficient vectors in presence of changes in illumination. This task is more demanding but leads to even better results. The second major topic of this thesis is appearance-based robot navigation. I present a view-based approach called Optical Rails (ORails), which leads a robot along a prerecorded track. The robot navigates in a network of known locations which are denoted as waypoints. At each waypoint, we store a compressed view representation. A visual servoing method is used to reach a current target waypoint based on the appearance and the current camera image. Navigating in a network of views is achieved by reaching a sequence of stopover locations, one after another. The main contribution of this work is a model which allows to deduce the best driving direction of the robot based purely on the coefficient vectors of the current and the target image. It is based on image registration as the classical method by Lucas-Kanade, but has been transferred to the spectral domain, which allows for great speedup. ORails also includes a waypoint selection strategy and a module for steering our nonholonomic robot. As for our self-localization algorithm, dependance on illumination changes is also problematic in ORails. Furthermore, occlusions have to be handled for ORails to work properly. I present a solution based on the optimal expansion, which is able to deal with incomplete image signals. To handle dynamic occlusions, i.e. objects appearing in an arbitrary region of the image, we use the linearity of the expansion process and cut the image into segments. These segments can be treated separately, and finally we merge the results. At this point, we can decide to disregard certain segments. Slicing the view allows for local illumination compensation, which is inherently non-robust if applied to the whole view. In conclusion, this approach allows to handle the most important criticism to holistic view-based approaches, that is, occlusions and illumination changes, and consequently improves the performance of Optical Rails.
Software updates are a critical success factor in mobile app ecosystems. Through publishing regular updates, platform providers enhance their operating systems for the benefit of both end users and third-party developers. It is also a way of attracting new customers. However, this platform evolution poses the risk of inadvertently introducing software problems, which can severely disturb the ecosystem’s balance by compromising its foundational technologies. So far, little to no research has addressed this issue from a user-centered perspective. The thesis at hand draws on IS post-adoption literature to investigate the potential negative influences of operating system updates on mobile app users. The release of Apple’s iOS 13 update serves as research object. Based on over half a million user reviews from the AppStore, data mining techniques are applied to study the impact of the new platform version. The results show that iOS 13 caused complications with a large number of popular apps, leading to a significant decline in user ratings and an uptrend in negative sentiment. Feature requests, functional complaints, and device compatibility are identified as the three major issue categories. These issue types are compared in terms of their quantifiable negative effect on users’ continuance intention. In essence, the findings contribute to IS research on post-adoption behavior and provide guidance to ecosystem participants in dealing with update-induced platform issues.
Synaptic release sites are characterized by exocytosis-competent synaptic vesicles tightly anchored to the presynaptic active zone (PAZ) whose proteome orchestrates the fast signaling events involved in synaptic vesicle cycle and plasticity. Allocation of the amyloid precursor protein (APP) to the PAZ proteome implicated a functional impact of APP in neuronal communication. In this study, we combined state-of-the-art proteomics, electrophysiology and bioinformatics to address protein abundance and functional changes at the native hippocampal PAZ in young and old APP-KO mice. We evaluated if APP deletion has an impact on the metabolic activity of presynaptic mitochondria. Furthermore, we quantified differences in the phosphorylation status after long-term-potentiation (LTP) induction at the purified native PAZ. We observed an increase in the phosphorylation of the signaling enzyme calmodulin-dependent kinase II (CaMKII) only in old APP-KO mice. During aging APP deletion is accompanied by a severe decrease in metabolic activity and hyperphosphorylation of CaMKII. This attributes an essential functional role to APP at hippocampal PAZ and putative molecular mechanisms underlying the age-dependent impairments in learning and memory in APP-KO mice.
Alternative polyadenylation (APA) is a widespread mechanism that contributes to the sophisticated dynamics of gene regulation. Approximately 50% of all protein-coding human genes harbor multiple polyadenylation (PA) sites; their selective and combinatorial use gives rise to transcript variants with differing length of their 3' untranslated region (3'UTR). Shortened variants escape UTR-mediated regulation by microRNAs (miRNAs), especially in cancer, where global 3'UTR shortening accelerates disease progression, dedifferentiation and proliferation. Here we present APADB, a database of vertebrate PA sites determined by 3' end sequencing, using massive analysis of complementary DNA ends. APADB provides (A)PA sites for coding and non-coding transcripts of human, mouse and chicken genes. For human and mouse, several tissue types, including different cancer specimens, are available. APADB records the loss of predicted miRNA binding sites and visualizes next-generation sequencing reads that support each PA site in a genome browser. The database tables can either be browsed according to organism and tissue or alternatively searched for a gene of interest. APADB is the largest database of APA in human, chicken and mouse. The stored information provides experimental evidence for thousands of PA sites and APA events. APADB combines 3' end sequencing data with prediction algorithms of miRNA binding sites, allowing to further improve prediction algorithms. Current databases lack correct information about 3'UTR lengths, especially for chicken, and APADB provides necessary information to close this gap. Database URL: http://tools.genxpro.net/apadb/
In dieser Arbeit wurde die Implementierung einer JMX-konformen Managementinfrastruktur für das Agentensystem AMETAS vorgestellt. Darauf basierend wurden im Rahmen des Fehlermanagements Kontrollmechanismen der mobilen Agenten im AMETAS untersucht und eine Lösung für die Lokalisierung von AMETAS-Agenten entworfen und implementiert. Der essentielle Hintergrund für das AMETAS-Management stellt sich folgendermaßen dar: Die Betrachtung des Anwendungs- und Infrastrukturmanagements mit Blick auf die Managementhierarchie stellt die Offenheit und Kooperationsfähigkeit der angestrebten Managementlösung in den Vordergrund. Diese Eigenschaften ermöglichen die Integration der in einem Unternehmen existierenden Managementlösungen. Ziel ist dabei ein kostengünstiges und effizientes Management. Eine Managementarchitektur wird mit Hilfe der informations-, organisations-, kommunikations- und funktionsbezogenen Aspekte beschrieben und modelliert. Anhand dieser Aspekte ist CORBA, DMTF, WBEM und JMX analysiert und ihre Eignung für das AMETASManagement bewertet worden. Neben den allgemeinen Kriterien sind ihre Teilmodelle, ihre Unterstützung des dezentralen und des dynamischen Managements sowie ihre Integrationsfähigkeit im AMETAS zentrale Punkte. Es zeigt sich, dass die JMX die besten Möglichkeiten für das AMETAS-Management bietet. Das OSI-Funktionsmodell klassifiziert die Managementaufgaben und -funktionen in fünf Bereiche, die häufig als FCAPS bezeichnet werden: Fehler-, Konfigurations-, Abrechnungs- , Leistungs- und Sicherheitsmanagement. Diese Klassifikation ist orthogonal zu jeder anderen und bietet einen geeigneten Rahmen für die Aufteilung der Managementaufgaben und - funktionen. Das in dieser Arbeit empfohlene AMETAS-Management orientiert sich hinsichtlich der Managementaufgabenaufteilung am OSI-Modell. Die JMX bietet mächtigeWerkzeuge zur Instrumentierung aller Arten von Ressourcen. Ihre Java-Basiertheit bedeutet eine wesentliche Vereinfachung für das Agentensystem. Die offene Architektur von der JMX ermöglicht die Kooperation des AMETAS-Managements mit anderen Managementstandards. Das AMETAS-Management nutzt die Vorzüge der mobilen Agenten insbesondere im Bereich des Konfigurations- und Fehlermanagements aus. Folgende Eigenschaften zeichnen das AMETAS-Management aus: 1) Verwendung der Agenteninfrastruktur für das Management. Selbiges wird dabei als ein AMETAS-Dienst implementiert und kann alle Möglichkeiten und Dienste der Agenteninfrastruktur nutzen. 2) Verwendung der AMETAS-Agenten und Dienste als Managementwerkzeuge. 3) Selbstmanagement des Systems. Der Managementdienst ist hierfür mit ausreichender Intelligenz ausgestattet. Er nutzt die Mechanismen der Agenteninfrastruktur aus und erledigt diverse Managementaufgaben selbständig. Das Ereignissystem vom AMETAS spielt hierbei eine wichtige Rolle. Die Analyse der Kontrollmechanismen von MASIF, Aglets Workbench und Mole liefert hinsichtlich ihrer Eignung für die Lokalisierung von Agenten im AMETAS folgendes Ergebnis: Die untersuchten Ansätze sind teilweise allgemein anwendbar. Man unterscheidet die nichtdeterministischen Ansätze wie Advertising und Energiekonzept von denen, die bestimmte Spuren von Agenten in einer geeigneten Art hinterlegen. In dieser Hinsicht stellte sich das Pfadkonzept als interessant heraus: Bei diesem Konzept können die Informationen über den Pfad der Migration eines Agenten in geeigneterWeise zeitlich beschränkt oder unbeschränkt gespeichert werden. Eine andere Alternative bietet die Registrierungsmethode. Bei dieser Methode wird ein Agent in einer zentralen Stelle registriert, wobei die eindeutige Identität eines Agenten und die aktuelle Stelle, in der sich ein Agent aufhält, gespeichert werden. Vor dem Hintergrund der erfolgten Analyse empfiehlt sich als Basis für die Lokalisierung von AMETAS-Agenten eine Art Pfadkonzept: Die Spuren der Agenten werden durch einen Managementdienst gesichert. Will man einen bestimmten Agenten oder eine Gruppe lokalisieren, werden die dezentral vorhandenen Informationen innerhalb eines konsistenten Schnitts (Schnappschuss) ausgewertet. Die Schnappschussmethode empfiehlt sich für die Lokalisierung von Agenten im AMETAS entsprechend den zu Beginn der Arbeit von einem Lokalisierungsmechanismus geforderten Eigenschaften: Sie erlaubt eine zuverlässige Lokalisierung der gesuchten Agenten, deren Autonomie dabei respektiert wird. Die Kosten-Leistungsrelation ist günstig einzuschätzen, da unnötiger Daten- bzw. Agentenverkehr ebenso vermieden wird wie die Pflege umfangreicher, zentralistischer Datenbanken.
The measurement of two-particle angular correlations is a powerful tool to study jet quenching in a pT region inaccessible by direct jet identification. In these measurements pseudorapidity (Δη) and azimuthal (Δφ) differences are used to extract the shape of the near-side peak formed by particles associated to a higher pT trigger particle (1<pT,trig< 8 GeV/c). A combined fit of the near-side peak and long-range correlations is applied to the data allowing the extraction of the centrality evolution of the peak shape in Pb-Pb collisions at sNN−−−√ = 2.76 TeV. A significant broadening of the peak in the Δη direction at low pT is found from peripheral to central collisions, which vanishes above 4 GeV/c, while in the Δφ direction the peak is almost independent of centrality. For the 10% most central collisions and 1<pT,assoc< 2 GeV/c, 1<pT,trig< 3 GeV/c a novel feature is observed: a depletion develops around the centre of the peak. The results are compared to pp collisions at the same centre of mass energy and to AMPT model simulations. The comparison to the investigated models suggests that the broadening and the development of the depletion is connected to the strength of radial and longitudinal flow.
The measurement of two-particle angular correlations is a powerful tool to study jet quenching in a pT region inaccessible by direct jet identification. In these measurements pseudorapidity (Δη) and azimuthal (Δφ) differences are used to extract the shape of the near-side peak formed by particles associated to a higher pT trigger particle (1<pT,trig< 8 GeV/c). A combined fit of the near-side peak and long-range correlations is applied to the data allowing the extraction of the centrality evolution of the peak shape in Pb-Pb collisions at sNN−−−√ = 2.76 TeV. A significant broadening of the peak in the Δη direction at low pT is found from peripheral to central collisions, which vanishes above 4 GeV/c, while in the Δφ direction the peak is almost independent of centrality. For the 10% most central collisions and 1<pT,assoc< 2 GeV/c, 1<pT,trig< 3 GeV/c a novel feature is observed: a depletion develops around the centre of the peak. The results are compared to pp collisions at the same centre of mass energy and to AMPT model simulations. The comparison to the investigated models suggests that the broadening and the development of the depletion is connected to the strength of radial and longitudinal flow.
The measurement of two-particle angular correlations is a powerful tool to study jet quenching in a pT region inaccessible by direct jet identification. In these measurements pseudorapidity (Δη) and azimuthal (Δφ) differences are used to extract the shape of the near-side peak formed by particles associated to a higher pT trigger particle (1<pT,trig< 8 GeV/c). A combined fit of the near-side peak and long-range correlations is applied to the data allowing the extraction of the centrality evolution of the peak shape in Pb-Pb collisions at sNN−−−√ = 2.76 TeV. A significant broadening of the peak in the Δη direction at low pT is found from peripheral to central collisions, which vanishes above 4 GeV/c, while in the Δφ direction the peak is almost independent of centrality. For the 10% most central collisions and 1<pT,assoc< 2 GeV/c, 1<pT,trig< 3 GeV/c a novel feature is observed: a depletion develops around the centre of the peak. The results are compared to pp collisions at the same centre of mass energy and to AMPT model simulations. The comparison to the investigated models suggests that the broadening and the development of the depletion is connected to the strength of radial and longitudinal flow.