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Übersicht der Habilitationen

| 2020 | 2018 | 2016 | 2014 | ... | 1999 |

Habilitationen der Fakultät für Informatik im Jahr 2020


Dr. Ullrich, Carsten
"Maschinelles Lernen zur Analyse von Life Science Daten"
Habilitation zum Dr.-Ing.habil.
Fakultät für Informatik
Abstract:
Maschinelles Lernen, insbesondere tiefes Lernen („Deep Learning“), birgt das Potential, das das Verständnis biologischer Systeme und damit auch das Gesundheitswesen grundlegend zu verändern. Heutige Methoden der Life Science, beispielsweise DNA-Sequenzierung, erzeugen riesige Datenmengen, die nur noch über maschinelle Verfahren auswertbar sind. Gleichzeitig zeigen beeindruckende Erfolge in bildgebendes Verfahren mit dem Menschen vergleichbare oder gar bessere Ergebnisse in der Erkennung von Tumoren.
Diese Vorlesung gibt eine Einführung in die Grundlagen des maschinellen Lernens im Anwendungsbereich Life Science, beginnend mit den Charakteristika von Life Science Daten über spezifische Verfahren des maschinellen Lernens bis hin zu relevanten ethischen Fragestellungen:
Daten: Life Science umfasst eine große Menge unterschiedlichster Daten (genomische, proteomische, metabolomische bis hin zu klinischen Patientendaten), die jeweils unterschiedliche Herausforderungen für maschinelle Lernverfahren bieten: Klinische Daten (Patienteninformationen) sind oft unstrukturiert, genetische Daten sogenannte „wide data“, mit Millionen von Features.
Maschinelles Lernen: Verfahren des maschinellen Lernens lassen sich auf eine Vielzahl von biomedizinischen Problemen anwenden. Wir betrachten Patientenklassifizierung (Diagnose); Erkenntnisgewinn zu grundlegenden biologischen Prozessen; und Behandlung von Patienten (Entscheidungen zu medizinische Interventionen, personalisierte Medizin).
Ethische Fragestellungen: Maschinelles Lernen benötigt in der Regel sehr große Datensätze. Jedoch sind die Daten der Life Science insbesondere wenn es Krankheitsdiagnose und –heilung betrifft besonders schützenswert. Zusätzlich unterliegen zugrundeliegende Daten oft Verzerrungen, beispielsweise basierend auf Unterschiede in den Populationsabstammungen.

Habilitationen der Fakultät für Informatik im Jahr 2018


Dr. Peter Tröger
"Virtuelle Speicherverwaltung in modernen Betriebssystemen"
Habilitation zum Dr. rer.nat. habil.
Fakultät für Informatik
Abstract:
Im Rahmen seines Habilitationsverfahrens gibt Dr. Peter Tröger in einer Probevorlesung einen kurzen Überblick über das Konzept des virtuellen Speichers und dessen Umsetzung in modernen Betriebssystemen wie Linux und Windows. Dabei werden grundlegende Konzepte wie Adressraum und Kachelung (Paging) wiederholt und der Bezug zu aktuellen Erweiterungen wie SGX, ASLR und I/O MMU Virtualisierung hergestellt.

Habilitationen der Fakultät für Informatik im Jahr 2016


Dr. Vitay, Julien
"On the role of dopamine in motivated behavior: a neuro-computational approach"
Habilitation zum Dr.-Ing. habil.
Fakultät für Informatik
Abstract:
Neuronale Modelle nach dem Vorbild des Gehirns bieten die Möglichkeit intelligente, kognitive Prozesse nicht nur besser zu verstehen, sondern sie stellen auch eine vielversprechende Lösung dar, um eine Gehirnähnliche künstliche Intelligenz für Wahrnehmung und Verhaltensweisen zu erreichen, die mit natürlicher Intelligenz konkurrieren kann. Eine entscheidende Eigenschaft von intelligentem Verhalten ist Motivation, definiert als der Anreiz mit der Welt zu interagieren, um bestimmte Ziele zu erreichen, sei es extrinsisch (Belohnungen wie Nahrung oder Geld zu erhalten oder die Vermeidung von Schmerzen) oder intrinsisch (die Neugier zu befriedigen, Spaß zu haben). Im menschlichen Gehirn basiert motiviertes oder zielgerichtetes Verhalten auf einem Netzwerk von verschiedenen Strukturen, einschließlich des präfrontalen Cortex, der Basalganglien und des limbischen Systems. Dopamin, ein Neurotransmitter, welcher der Belohnungsverarbeitung zugeordnet wird, spielt eine zentrale Rolle bei der Koordination der Aktivität in diesem Netzwerk. Es strukturiert die Verarbeitung in High-Level-kognitiven Bereichen entlang eines limbischen-assoziativ-motor Gradienten und beinflusst die Lernfähigkeit des gesamten Systems. In dieser Habilitation, präsentiere ich biologisch motivierte neuronale Modelle, die die Rolle von Dopamin in der visuellen Objektkategorisierung und Gedächtnisabruf (Vitay and Hamker, 2008), Reinforcement Lernen und Aktionsauswahl (Vitay and Hamker, 2010), Aktualisierung, Lernen und Aufrechterhaltung von Arbeitsgedächtnis (Schroll et al., 2012) und Timing Prozessen (Vitay and Hamker, 2014) untersuchen. Diese Modelle beschreiben Mechanismen, durch die das dopaminerge System kognitives und emotionales Verhalten reguliert: bistabile Verarbeitungsmodi in der Hirnrinde, Plastizität und Modulation der synaptischen 6Uuml;bertragung, Zuweisung von kognitiven Ressourcen und Signalisierung von relevanten Ereignissen. Schließlich beschreibe ich einen neuronalen Simulator, der in in der Lage ist, eine Vielzahl von neuronalen Modellen effizient auf parallelen Architekturen zu simulieren (Vitay et al., 2015).

Habilitationen der Fakultät für Informatik im Jahr 2014


Dr. Tudevdagva, Uranchimeg
"Structure Oriented Evaluation Model for E-Learning"
Habilitation zum Dr.-Ing. habil.
Fakultät für Informatik
Abstract english:
In this work a new evaluation approach for e-learning is developed. The advantage of presented method is that in contrast to linear evaluation methods no weight factors are needed. Moreover, the logical goal structure of an e-learning process can be involved into evaluation. Based on general measure theory structure oriented score calculation rules are derived. The so obtained score function satisfies the same calculation rules as they are known from normalised measures. In statistical generalisation, these rules allow the structure oriented calculation of empirical evaluation scores based on checklist data. By these scores the quality can be assessed with which an e-learning has reached its total goal. Further on, a consistent evaluation of embedded partial processes of an e-learning becomes possible. The presented score calculation rules are part of an eight step evaluation model which is illustrated by pilot samples. The developed structure oriented evaluation model (SURE model) is by its embedding into the general measure theory quite universal applicable. In similar manner, an evaluation of efficiency of administration or organization processes becomes possible.
Dr.-Ing. Müller, Dirk
"Schedulability Tests for Real-Time Uni- and Multiprocessor Systems"
Habilitation zum Dr.-Ing.habil.
Fakultät für Informatik
Abstract deutsch:
Diese Arbeit liefert entscheidende Beiträge im Bereich der hinreichenden Planbarkeitstests für ratenmonotones Scheduling (RMS) und deren Anwendung auf partitioniertes RMS. Ziel ist die Maximierung der möglichen Last im Worst Case und im Average Case bei einer gegebenen Zahl von Prozessoren. Dieses Szenario ist realistischer als der duale Fall der Minimierung der Anzahl der notwendigen Prozessoren für eine gegebene Taskmenge, da die Hardware normalerweise fixiert ist. Hinreichende Planbarkeitstests sind für schnelle Schätzungen der Planbarkeit von Taskmengen in automatischen Werkzeugen zur Systemsynthese und im Online-Scheduling sinnvoll, wo exakte Einplanungstests zu langsam sind.
Insbesondere der Ansatz der beschleunigten einfach-periodischen Taskmengen und das Konzept der zirkulären Periodenähnlichkeit sind Eckpfeiler für Verbesserungen in der Erfolgsrate solcher Einplanungstests. Nach bestem Wissen ist das die erste Anwendung zirkulärer Statistik im Echtzeit-Scheduling. Schließlich diskutiert die Arbeit plötzliche Phasenübergänge der Gesamtlast für partitioniertes EDF. Eine Zugangskontrolle konstanter Zeitkomplexität mit einem kontrollierten Restrisiko wird ermöglicht.

Abstract englisch: This thesis makes significant contributions in the field of sufficient schedulability tests for rate-monotonic scheduling (RMS) and their application to partitioned RMS. Goal is the maximization of possible utilization in worst or average case under a given number of processors. This scenario is more realistic than the dual case of minimizing the number of necessary processors for a given task set since the hardware is normally fixed. Sufficient schedulability tests are useful for quick estimates of task set schedulability in automatic system-synthesis tools and in online scheduling where exact schedulability tests are too slow.
Especially, the approach of Accelerated Simply Periodic Task Sets (ASPTSs) and the concept of circular period similarity are cornerstones of improvements in the success ratio of such schedulability tests. To the best of the author's knowledge, this is the first application of circular statistics in real-time scheduling. Finally, the thesis discusses the use of sharp total utilization thresholds for partitioned EDF. A constant-time admission control is enabled with a controlled residual risk.


Dr.-Ing. Vodel, Matthias
"Energieeffiziente Kommunikation in verteilten, eingebetteten Systemen"
Habilitation zum Dr.-Ing. habil.
Fakultät für Informatik
Abstract:
Verteilte, Eingebettete Systeme beeinflussen unser tägliches Leben in unzähligen Bereichen. Durch die technologische Weiterentwicklung im Kontext hochgradig mobiler, drahtlos vernetzter Anwendungsszenarien treten verstärkt Problemstellungen bezüglich der Kommunikation in den Vordergrund. Folglich repräsentieren effiziente und robuste Kommunikationskonzepte eine wesentliche Anforderung an die Systemarchitektur. Hinzu kommen komplexe Datenverarbeitungsprozesse, welche in einer heterogenen Systemumgebung und unter Beachtung anwendungsspezifischer Rahmenbedingungen effizient koordiniert werden müssen.

Die vorliegende Habilitationsschrift greift die Thematik Kommunikation in verteilten, stark ressourcenbeschränkten Systeme unter dem Aspekt der Energieeffizienz auf und vermittelt hier einen umfassenden Einblick in die verschiedenen Forschungsschwerpunkte. In diesem Zusammenhang werden zunächst grundlegende Begrifflichkeiten definiert und inhaltlich klar abgegrenzt. Relevante, technologische Entwicklungen der beiden letzten Dekaden werden vorgestellt, thematisch eingeordnet und kritisch diskutiert. Anschließend erfolgt die funktional getrennte Betrachtung eingebetteter Kommunikationsplattformen auf Netzwerk-, Daten- sowie Energiemanagementebene. Im Rahmen der Systemintegration und Konfiguration erfolgt schließlich die Anpassung aller Teilkomponenten in eine applikationsspezifische Gesamtarchitektur.

Der inhaltliche Schwerpunkt dieser Arbeit liegt bei der strukturierten Betrachtung von Optimierungsstrategien für energieeffiziente Kommunikationsprozesse, sowohl hardware- als auch softwareseitig. Erst durch das präzise Zusammenspiel von Kommunikationsparadigma, Kommunikationstechnologien und Kommunikationsprotokollen wird ein ganzheitlich optimiertes System zur Verfügung gestellt, welches die vorhandenen Ressourcen effizient nutzt.

Im weiteren Verlauf der Arbeit werden ausgewählte Optimierungsstrategien anhand konkreter Anwendungsszenarien im Kontext ressourcenbeschränkter, verteilter Systeme analysiert und bewertet. Ausgehend von einem Referenzsystem erfolgt die stufenweise Einbindung mehrerer Verfahren und Konzepte auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen:

  • Überführung in ein asynchrones, gepuffertes Kommunikationsparadigma
  • Integration von Wake-Up-Receiver-Technologien
  • Einbindung unterschiedlicher Datenaggregations- / Datenfusionsverfahren
Aus den Ergebnissen werden qualitative und quantitative Rückschlüsse auf das Optimierungspotential hinsichtlich der Energieeffizienz von Kommunikationsprozessen gezogen. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen als wichtige Richtgrößen für zukünftige Entwicklungen sowohl auf Software- als auch auf Hardwareebene.

Habilitation der Fakultät für Informatik im Jahr 1999


Kühnhauser, Winfried
Metapolitiken
Habilitation zum Dr.-Ing. habil.
Fakultät für Informatik