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Dieser Tagungsband enthält die Beiträge des 17. Workshops „Computational Intelligence“ des Fachausschusses 5.14 der VDI/VDE-Gesellschaft für Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) und der Fachgruppe „Fuzzy-Systeme und Soft-Computing“ der Gesellschaft für Informatik (GI), der vom 5. – 7. Dezember 2007 im Haus Bommerholz bei Dortmund stattfindet. Der GMA-Fachausschuss 5.14 „Computational Intelligence“ entstand 2005 aus den bisherigen Fachausschüssen „Neuronale Netze und Evolutionäre Algorithmen“ (FA 5.21) sowie „Fuzzy Control“ (FA 5.22). Der Workshop steht in der Tradition der bisherigen Fuzzy-Workshops, hat aber seinen Fokus in den letzten Jahren schrittweise erweitert. Die Schwerpunkte sind Methoden, Anwendungen und Tools für • Fuzzy-Systeme, • Künstliche Neuronale Netze, • Evolutionäre Algorithmen und • Data-Mining-Verfahren sowie der Methodenvergleich anhand von industriellen und Benchmark-Problemen. INHALTSVERZEICHNIS T. Fober, E. Hüllermeier, M. Mernberger (Philipps-Universität Marburg): Evolutionary Construction of Multiple Graph Alignments for the Structural Analysis of Biomolecules G. Heidemann, S. Klenk (Universität Stuttgart): Visual Analytics for Image Retrieval F. Rügheimer (OvG-Universität Magdeburg): A Condensed Representation for Distributions over Set-Valued Attributes T. Mrziglod (Bayer Technology Services GmbH, Leverkusen): Mit datenbasierten Technologien und Versuchsplanung zu erfolgreichen Produkten H. Schulte (Bosch Rexroth AG, Elchingen): Approximationsgenauigkeit und dynamisches Fehlerwachstum der Modellierung mit Takagi-Sugeno Fuzzy Systemen C. Burghart, R. Mikut, T. Asfour, A. Schmid, F. Kraft, O. Schrempf, H. Holzapfel, R. Stiefelhagen, A. Swerdlow, G. Bretthauer, R. Dillmann (Universität Karlsruhe, Forschungszentrum Karlsruhe GmbH): Kognitive Architekturen für humanoide Roboter: Anforderungen, Überblick und Vergleich R. Mikut, C. Burghart, A. Swerdlow (Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Universität Karlsruhe): Ein Gedankenexperiment zum Entwurf einer integrierten kognitiven Architektur für humanoide Roboter G. Milighetti, H.-B. Kuntze (FhG IITB Karlsruhe): Diskret-kontinuierliche Regelung und Überwachung von Robotern basierend auf Aktionsprimitiven und Petri-Netzen N. Rosemann, W. Brockmann (Universität Osnabrück): Kontrolle dynamischer Eigenschaften des Online-Lernens in Neuro-Fuzzy-Systemen mit dem SILKE-Ansatz A. Hans, D. Schneegaß, A. Schäfer, S. Udluft (Siemens AG, TU Ilmenau): Sichere Exploration für Reinforcement-Learning-basierte Regelung Th. Bartz-Beielstein, M. Bongards, C. Claes, W. Konen, H. Westenberger (FH Köln): Datenanalyse und Prozessoptimierung für Kanalnetze und Kläranlagen mit CI-Methoden S. Nusser, C. Otte, W. Hauptmann (Siemens AG, OvG-Universität Magdeburg): Learning Binary Classifiers for Applications in Safety-Related Domains W. Jakob, A. Quinte, K.-U. Stucky, W. Süß, C. Blume (Forschungszentrum Karlsruhe GmbH; FH Köln, Campus Gummersbach) Schnelles Resource Constrained Project Scheduling mit dem Evolutionären Algorithmus GLEAM M. Preuß, B. Naujoks (Universität Dortmund): Evolutionäre mehrkriterielle Optimierung bei Anwendungen mit nichtzusammenhängenden Pareto-Mengen G. Rudolph, M. Preuß (Universität Dortmund): in mehrkriterielles Evolutionsverfahren zur Bestimmung des Phasengleichgewichts von gemischten Flüssigkeiten Y. Chen, O. Burmeister, C. Bauer, R. Rupp, R. Mikut (Universität Karlsruhe, Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Orthopädische Universitätsklinik Heidelberg): First Steps to Future Applications of Spinal Neural Circuit Models in Neuroprostheses and Humanoid Robots F. Hoffmann, J. Braun, T. Bertram, S. Hölemann (Universität Dortmund, RWTH Aachen): Multikriterielle Optimierung mit modellgestützten Evolutionsstrategien S. Piana, S. Engell (Universität Dortmund): Evolutionäre Optimierung des Betriebs von rohrlosen Chemieanlagen T. Runkler (Siemens AG, CT IC 4): Pareto Optimization of the Fuzzy c–Means Clustering Model Using a Multi–Objective Genetic Algorithm H. J. Rommelfanger (J.W. Goethe-Universität Frankfurt am Main): Die Optimierung von Fuzzy-Zielfunktionen in Fuzzy (Mehrziel-) LPSystemen - Ein kritischer Überblick D. Gamrad, D. Söffker (Universität Duisburg-Essen): Formalisierung menschlicher Interaktionen durch Situations-Operator- Modellbildung S. Ritter, P. Bretschneider (FhG AST Ilmenau): Optimale Planung und Betriebsführung der Energieversorgung im liberalisierten Energiemarkt R. Seising (Medizinische Universität Wien): Heinrich Hertz, Ludwig Wittgenstein und die Fuzzy-Strukturen - Eine kleine „Bildergeschichte“ zur Erkenntnisphilosophie J. Limberg, R. Seising (Medizinische Universität Wien): Sequenzvergleiche im Fuzzy-Hypercube M. Steinbrecher, R. Kruse (OvG-Universität Magdeburg): Visualisierung temporaler Abhängigkeiten in Bayesschen Netzen M. Schneider, R. Tillmann, U. Lehmann, J. Krone, P. Langbein, U. Stark, J. Schrickel, Ch. Ament, P. Otto (FH Südwestfalen, Airbus Deutschland GmbH, Hamburg, TU Ilmenau): Künstliches Neuronales Netz zur Analyse der Geometrie von großflächig gekrümmten Bauteilen C. Frey (FhG IITB Karlsruhe): Prozessdiagnose und Monitoring feldbusbasierter Automatisierungsanlagen mittels selbstorganisierender Karten
Die Optimierung von Fuzzy-Zielfunktionen in Fuzzy-(Mehrziel-)LP-Systemen - Ein kritischer Überblick
(2007)
Klassische Programmierungsmodelle benötigen eindeutig bestimmte Koeffizienten und exakt festgelegte Restriktionsgrenzen. Um eine Fehlmodellierung zu vermeiden, ist daher in der Regel eine umfangreiche Informationsaufnahme und -verarbeitung notwendig. Oft wird man dennoch bei Realproblemen einige der Modellparameter nur größenordnungsmäßig angeben können. Während in den klassischen Modellen nur der Weg bleibt, diese ungenauen Größen durch "Mittelwerte" zu ersetzen, bieten Fuzzy-Modelle die Möglichkeit, die subjektiven Vorstellungen eines Entscheiders so präzise zu modellieren, wie dieser es ausdrücken will und kann. Das Risiko, mit einem falschen Bild der Realität zu arbeiten und Lösungen auszuwählen, die nicht dem Realproblem entsprechen, wird somit deutlich reduziert. Beschränken wir die Betrachtung auf den am häufigsten benutzten Modelltyp, die Linearen Programmierungsmodelle, so lässt sich eine Fuzzy-Erweiterung allgemein durch das nachfolgende Fuzzy Lineare Programmierungs-Modelle (FLP-Modell) ausdrücken. ...
Der "Generationenvertrag" der gesetzlichen Rentenversicherung hat die Grenzen seiner Leistungsfähigkeit erreicht. Damit ist die "erste Säule" der Alterssicherung, die auf diesem Umlageverfahren basiert, ins Wanken geraten. Schuld daran ist die zunehmende Überalterung der Gesellschaft, aber auch die anhaltend hohe Arbeitslosigkeit, die zu enormen Beitragsausfällen führt. Schon heute sind die Rentenzahlungen nur noch zu rund 75 Prozent durch die Sozialversicherungsbeiträge der arbeitenden Bevölkerung gedeckt, der Rest muss – ähnlich wie bei den Beamtenpensionen – aus dem allgemeinen Steueraufkommen finanziert werden. Das birgt vor allem für die jungen Beitragszahler substanzielle Risiken. Angesichts dieser Perspektiven sind immer weniger junge Menschen bereit, steigende Rentenbeiträge bei stetig sinkenden Leistungen zu akzeptieren. Kann die kapitalgedeckte Alterssicherung diese Defizite auffangen? Wie lassen sich die vielfältigen Konzepte der privaten Alterssicherung bewerten?
Die Quantenspieltheorie stellt eine mathematische und konzeptuelle Erweiterung der klassischen Spieltheorie dar. Der Raum aller denkbaren Entscheidungswege der Spieler wird vom rein reellen, messbaren Raum in den Raum der komplexen Zahlen (reelle und imaginäre Zahlen) ausgedehnt. Durch das Konzept der möglichen quantentheoretischen Verschränkung der Entscheidungswege im imaginären Raum aller denkbaren Quantenstrategien können gemeinsame, durch kulturelle oder moralische Normen entstandene Denkrichtungen mit einbezogen werden. Ist die Strategienverschränkung der Spieler im imaginären Raum der denkbaren Entscheidungswege nur genügend groß, so können zusätzliche Nash-Gleichgewichte auftreten und zuvor existente dominante Strategien sich auflösen. Die der evolutionären Entwicklung zugrundeliegende Replikatordynamik besitzt in der evolutionären Quantenspieltheorie eine komplexere Struktur und die jeweiligen evolutionär stabilen Strategien können sich, abhängig vom Maß der Verschränkung, abändern. Neben einer detaillierten Darstellung der evolutionären Quantenspieltheorie werden in dieser Dissertation mehrere Anwendungsbeispiele besprochen. So wird durch eine quantentheoretische Erweiterung die aktuelle Finanzkrise mittels eines Anti-Koordinationsspiels beleuchtet, das unterschiedliche Publikationsverhalten von Wissenschaftlern erklärt und erste Ansätze einer experimentellen Bestätigung der Theorie dargestellt.
Eine effektive Zusammenarbeit in interdisziplinären Projektteams ist nur möglich, wenn die involvierten Personen miteinander kommunizieren und zudem ein intersubjektives, d. h. ein gemeinsames und einheitliches, Verständnis der Anforderungen, Aufgaben, Arbeitsschritte und der zur Verfügung stehenden Ressourcen besitzen. Der Aufbau eines intersubjektiven Verständnisses kann nur durch Sprache gelingen, indem zwei oder mehrere Personen mit den von ihnen verwendeten sprachlichen Zeichen die gleichen Gegenstände der Realwelt assoziieren und im umgekehrten Fall den Gegenständen die gleichen Zeichen zuordnen. Ist das intersubjektive Verständnis dieser Personen hergestellt, verwenden sie eine gemeinsame Sprache (im engeren Sinne) und bilden eine sogenannte Sprachgemeinschaft. Diese Arbeit widmet sich dem Konzept der Sprachgemeinschaft. Nach der theoretischen Fundierung wird im Rahmen einer explorativen Fallstudie untersucht, wie sich sprachliche Gemeinsamkeiten und Unterschiede auf den Erfolg eines IS-Projekts auswirken können. Die Erkenntnisse dieser Studie motivieren das Ziel dieser Arbeit, Sprachgemeinschaften empirisch nachzuweisen. Der Nachweis gelingt mit Hilfe von zwei sprachwissenschaftlichen Experimenten und dem Einsatz der Latent Semantischen Analyse, mit der sich die semantische Ähnlichkeit von Textdokumenten auf Basis von Worthäufigkeiten bestimmen lässt. Die beiden Experimente werden ferner dazu benutzt, Sprachgemeinschaften einer Effizienzanalyse zu unterziehen. Hierbei wird untersucht, ob die Mitglieder im Vergleich zu Nichtmitgliedern einer Sprachgemeinschaft mit einem geringeren sprachlichen Aufwand kommunizieren.
Im folgenden Beitrag wird zunächst die Entwicklung der personellen Einkommensverteilung in Deutschland zwischen 1993 und 1998 auf der Basis der Einkommens- und Verbrauchsstichproben (EVS) dargestellt. Dabei werden - ähnlich wie in früheren Analysen auf Basis der EVS und des Sozio-ökonomischen Panels (SOEP) - hoch aggregierte Indikatoren berechnet, mit denen die Informationsfülle einer Mikrodatenquelle zu nur einer Zahl bzw. zu einer eindimensionalen relativen Häufigkeitsverteilung verdichtet wird. In einem zweiten Schritt und schwerpunktmäßig wird untersucht, welche Verteilungsstrukturen sich hinter diesen Darstellungen der Gesamtverteilung verbergen.
Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit Problemen der Messung individueller Wohlfahrt und ihrer Verteilung. Dabei wird versucht, eine Brücke zwischen ökonomischen und soziologischen Ansätzen zu schlagen. In einern ersten Teil werden Probleme der Nutzenmessung diskutiert. Für die Nutzenmessung gibt es weder einen natürlichen Nullpunkt noch eine natürliche Maßeinheit, so daß es deren Bestimmung durch Konventionen bedarf. Selbst die dabei einzubeziehende Palette objektiver und subjektiver Wohlfahrtskomponenten ist nicht vorgegeben. Ausgehend von dem soziologischen Ansatz, sowohl "welfare" als auch "happiness" zu berücksichtigen, wird ein differenziertes Schema wohlfahrtsrelevanter Bedürfnisse erarbeitet, deren Messung teilweise "objektiv unter Annahmen" - dies betrifft alle Besitzbedürfnisse -, überwiegend aber "subjektiv durch Einschätzung" möglich ist (Zugehörigkeitsbedürfnisse, Bedürfnisse nach Selbstverwirklichung, gesellschaftsbezogene Bedürfnisse). Die Bedingtheit empirischer Wohlfahrtsanalysen wird offensichtlich, da die unvermeidlichen normativen Hypothesen einer wissenschaftlichen Beweisführung nicht zugänglich sind. Dies gilt auch, wenn man sich auf die in Geldeinheiten direkt bewertbaren Bedürfnisbefriedigungsmittel beschränkt; denn die daraus resultierende Wohlfahrt hängt von den individuellen Nutzenfunktionen ab. Hinzu kommen Probleme bei der Zusammenfassung von Einkommens-, Vermögens- und Absicherungsindikatoren zu einem individuellen Gesamtwohlfahrtsmaß, um einem eindimensionale Wohlfahrtsverteilung unter allen Gesellschaftsmitgliedern ermitteln zu können. Schließlich bedarf es auch bei der Zurechnung der in einern Haushalt vorhandenen Bedürfnisbefriedigungsmittel auf die einzelnen Haushaltsmitglieder normativer Setzungen, die sich in verschiedenen Äquivalenzskaien niederschlagen. In einem zweiten Teil werden - nach der grundsätzlichen Erörterung von Schwierigkeiten bei der Operationalisierung und Messung von Nutzen - einige Ungleichheitsmaße dargestellt und hinsichtlich ihrer normativen Implikationen diskutiert. Alle Verteilungsindikatoren basieren auf der Philosophie des individualistischen Utilitarismus und gehen von Gleichverteilung als Referenzpunkt aus. Die Frage nach dem Einfluß der Wohlfahrt anderer Gesellschaftsmitglieder auf den individuellen Nutzen bleibt also ebenso ausgeklammert wie die nach einem gerechten Maß an Ungleichheit als Vergleichspunkt zur gegebenen Ungleichheit. Abschließend wird die Entwicklung einiger Verteilungsindikatoren in der Bundesrepublik Deutschland von 1962/63 bis 1988 dargestellt. Dabei zeigt sich eine weitgehende Stabilität der Verteilung der Nettoäquivalenzeinkommen, die allerdings nicht mit der Verteilung individueller Wohlfahrt gleichzusetzen ist.
Gegenstand der Untersuchung ist die Veränderung der Struktur der personellen Einkom-mensverteilung in der Bundesrepublik Deutschland. Die Grundlage der Analyse sind die vom Statistischen Bundesamt erhobenen Einkommens- und Verbrauchsstichproben (EVS) der Jahre 1962/63, 1969, 1973, 1978 sowie 1983. Um zwischen Alters-, Perioden- und Ko-horteneffekten differenzieren zu können, wurden die Daten der einzelnen Querschnittser-hebungen verkettet und mit Hilfe der so gebildeten Zeitreihen, sogenannten „Repeated Cross-Section“-Daten (RCS-Daten), die Entwicklung und Strukturveränderungen der Ein-kommen geburtskohortenspezifisch untersucht. Es zeigt sich, daß die Struktur der Einkommen während der jeweiligen Zeit der Erwerbstätigkeit, d. h. bis zum 60. Lebensjahr, relativ beständig bleibt. Erst der Übergang in die Nacherwerbsphase führt zu einem Bedeutungswandel: die „Einkommen aus öffentlichen Transferzahlungen“ werden zu einer relevanten Einkunftsart. Verursacht wird dies vor allem durch Leistungen aus staatlichen Alterssicherungssystemen. Eine analoge Zunahme der Bedeutung von „Einkünften aus Vermögen“ im Alter, wie sie z. T. in der ökonomischen Theorie sowie von Sozialpolitikern unterstellt wird, kann nicht bestätigt werden. Zusätzlich zu den, getrennt für die Ein- und Zweipersonenhaushalte durchgeführten Analysen wurde ein Vergleich der Wohlstandspositionen zwischen diesen beiden Haushaltsgrößen mittels Äquivalenzeinkommenswerten vorgenommen. Als grundlegendes Resultat ergibt sich, daß die Zweipersonenhaushalte im Hinblick auf die „ausgabefähigen Einkommen und Einnahmen“ grundsätzlich eine höhere Position als die Einpersonenhaushalte innehaben. Darüber hinaus wurden ansatzweise die mit einer Haushaltsänderung einhergehenden Einkommensveränderungen untersucht. Hierbei zeigt sich, daß der Übergang von einem „Zweipersonen-Durchschnittshaushalt“ mit einer männlichen Bezugsperson zu einem „Einpersonen-Durchschnittshaushalt“ mit einer verwitweten Frau als Bezugsperson zu einer erheblichen Verringerung der Wohlstandsposition der verwitweten Frau führt.
Wie können nun die vielfältigen Ergebnisse zur Einkommens- und Vermögensverteilung im Hinblick auf die Frage, ob es eine soziale Polarisierungstendenz gibt, zusammengefaßt werden? Angesichts des unklaren Begriffs der Polarisierung und der begrenzten Aussagekraft des Datenmaterials ist dies schwierig, zumal die empirische Analyse nicht nur Fragen beantwortet, sondern auch neue Fragen aufgeworfen hat und die vorliegenden Daten nicht sehr zeitnah sind. Trotz aller Einschränkungen lassen sich aber vielfältige Anzeichen einer Auseinanderentwicklung der Lebensverhältnisse einzelner Bevölkerungsgruppen feststellen. Diese äußern sich weniger in zusammenfassenden Verteilungsmaßen wie beispielsweise dem Gini-Koeffizienten als vielmehr in disaggregierten Betrachtungsweisen. So hat in Westdeutschland zwischen 1978 und 1993 sowohl der Bevölkerungsanteil, der in relativer Einkommensarmut lebt, als auch der Anteil der Reichen zugenommen. Dies könnte man als Polarisierungstendenz bezeichnen, wenn man Polarisierung allgemein als Prozeß der Herausbildung bzw. Vergrößerung von zwei weit auseinanderliegenden Einkommensgruppen versteht.32 Von der zunehmenden relativen Verarmung sind hauptsächlich Arbeitslosenhaushalte sowie Familien mit Kindern, insbesondere Alleinerziehende, betroffen, steigende gruppenspezifische Reichtumsquoten sind vorwiegend bei Selbständigen-, Angestellten- und Beamtenhaushalten sowie bei Paaren ohne Kinder zu beobachten. Die Gruppen der Alleinstehenden sind sehr heterogen, da sich hier sowohl überdurchschnittliche Armuts- als auch - mit Ausnahme der alleinstehenden älteren Frauen - überdurchschnittliche Reichtumsquoten zeigen; die Armutsquoten der jüngeren Alleinstehenden, insbesondere der Frauen, sind im Beobachtungszeitraum aber drastisch gestiegen, die Reichtumsquoten bei allen Alleinstehenden tendenziell gesunken. Neben diesen Tendenzen beinhaltet das nach wie vor starke West-Ost-Gefälle im Lebensstandard ein nicht zu unterschätzendes gesellschaftliches Spannungs- und Spaltungspotential. Die große Ungleichheit in der Einkommensverteilung wird von der Vermögensverteilung bei weitem übertroffen. Wenn man sich auf das Nettogrund- und Nettogeldvermögen (ausschließlich Zeitwerte der Kapitalversicherungsguthaben) beschränkt, verfügten 1988 die obersten 10% der Haushalte über fast die Hälfte des Gesamtvermögens, während die untere Hälfte der Haushalte weniger als 4% des Gesamtvermögens besaß. Diese krassen Gegensätze zeigen sich, obwohl die reichsten Haushalte in der Datenbasis nicht erfaßt sind. Für die Entwicklung der Konzentration der Vermögen zeigt sich im Zeitablauf keine eindeutige Tendenz. Die Ergebnisse für einzelne Jahre sind wegen unterschiedlicher Begriffsabgrenzungen nicht unmittelbar vergleichbar, die Erfassung des Vermögens ist generell unvollständig. In der Literatur wird eher von einer zunehmenden denn von einer abnehmenden Konzentration ausgegangen. Die bisher vorliegenden empirischen Verteilungsergebnisse decken allenfalls den Zeitraum bis 1993 ab. Seither hat sich die gesamtwirtschaftliche Situation aber deutlich verschlechtert. Die andauernden Arbeitsmarktprobleme und Kürzungen im Sozialleistungsbereich einerseits sowie "explodierende" Aktienkurse andererseits bergen zunehmende Gefahren einer nachhaltigen Spaltung der Gesellschaft. Es ist zu befürchten, daß unstetige Erwerbsverläufe mit der Folge unzureichender Sozialversicherungsansprüche künftig noch häufiger vorkommen werden und daß die Ungleichheit der Arbeitnehmereinkommen - auch durch die beobachtbare Zunahme untertariflicher Bezahlungen - steigen wird mit der Folge einer weiteren Verarmung insbesondere von Familien mit Kindern. Hinzu kommt, daß die von längerer Arbeitslosigkeit betroffenen Haushalte ihre Vermögensbestände aufzehren müssen oder sich gar verschulden, so daß ein Wiederaufstieg deutlich erschwert wird und auch die Vermögensverteilung noch ungleichmäßiger werden dürfte. Der Verteilungskonflikt wird sich darüber hinaus durch die in Gegenwart und Zukunft zu erwartenden Vererbungsvorgänge verschärfen. Hiervon profitieren nicht alle Haushalte gleichermaßen. Aufgrund sinkender Kinderzahlen ist mit einer Kumulierung von Vermögenswerten zu rechnen.33 Die in einigen politischen Kreisen befürwortete stärkere Einbeziehung der privaten Vermögensbestände zur Risikovorsorge, insbesondere für das Alter, ist angesichts der starken Vermögenskonzentration für den größten Teil der Bevölkerung wohl kaum eine realistische Alternative.