Studienarbeit
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This thesis introduces fnnlib, a C++ library for recurrent neural network simulations that I developed between October 2009 and March 2010 at Osaka University's Graduate School of Engineering. After covering the theory behind recurrent neural networks, backpropagation through time, recurrent neural networks with parametric bias, continuous-time recurrent neural networks, and echo state networks, the design of the library is explained. All of the classes as well as their interrelationships are presented along with reasons as to why certain design decisions were made. Towards the end of the thesis, a small practical example is shown. Also, fnnlib is compared to other neural network libraries.
Diese Arbeit behandelt verschiedene Ansätze zur Ermittlung einer Heuristik, welche zur Bestimmung einer optimalen Konfiguration des Theorembeweisers E-KRHyper eingesetzt werden soll. Es wird erläutert, wie der Beweiser durch eine angepasste Voreinstellung optimiert werden kann und die erarbeiteten Ansätze zur Ermittlung dieser Voreinstellung werden vorgestellt. Anhand der erzielten Ergebnisse werden die Ansätze anschließend bewertet und für eines der vorgestellten Verfahren wird außerdem eine Idee zur Implementierung vorgestellt.
Femto ist eine Programmierumgebung, die auf einem ATmega-basierten Einchip-Computer mit VGA-Ausgang und PS/2-Tastaturschnittstelle ausgeführt wird und aus einem einfachen Texteditor sowie einem Interpreter besteht. Dadurch wird es möglich, direkt auf dem Mikrocontroller kleine Programme zu entwickeln und auszuführen. Die interpretierte Sprache mit dem Namen Femtoscript wurde im Rahmen dieser Arbeit entwickelt und ähnelt Javascript. Der Interpreter ist in C geschrieben und kann mit geringem Aufwand auf andere Plattformen portiert werden.
This minor thesis shows a way to optimise a generated oracle to achieve shorter runtimes. Shorter runtimes of test cases allows the execution of more test cases in the same time. The execution of more test cases leads to a higher confidence in the software-quality. Oracles can be derived from specifications. However specifications are used for different purposes and therefore are not necessarily executable. Even if the are executable it might be with only a high runtime. Those two facts come mostly from the use of quantifiers in the logic. If the quantifier-range is not bounded, respectively if the bounds are outside the target language-datatype-limits, the specification is too expressive to be exported into a program. Even if the bounds inside the used datatype-limits, the quantification is represented as a loop which leads to a runtime blowup, especially if quantifiers are nested. This work explains four different possibilities to reduce the execution time of the oracle by manipulating the quantified formular whereas this approach is only applicable if the quantified variables are of type Integer.
Das Ziel dieser Studienarbeit ist es, einen Roboterarm in einen bestehenden Software-Stackrnzu integrieren, damit ein darauf basierender Roboter beim Wettbewerb RoboCup @Home teilnehmen kann. Der Haushaltsroboter Lisa (Lisa Is a Service Android) muss für den @Home-Wettbewerb unter anderem Gegenstände aus Regalen entnehmen und an Personen weiterreichen. Bisher war dafür nur ein Gripper, also ein an der mobilen Plattform in Bodennähe angebrachter "Zwicker" vorhanden. Nun steht dem Roboter ein "Katana Linux Robot" der Schweizer Firma Neuronics zur Verfügung, ein Roboter in Form eines Arms. Dieser wird auf LISA montiert und nimmt über verschiedene Schnittstellen Befehle entgegen. Er besteht aus sechs Gliedern mit entsprechend vielen Freiheitsgraden. Im Robbie-Softwarestack muss ein Treiber für diesen Arm integriert und eine Pfadplanung erstellt werden. Letztere soll bei der Bewegung des Arms sowohl Kollisionen mit Hindernissen vermeiden als auch natürlich wirkende Bewegungsabläufe erstellen.
Headtracking mit Wii-Cam
(2010)
Ziel der Studienarbeit war es, mit der Kamera aus der Wii-Fernbedienung die Kopfbewegungen eines Menschen anhand von Infrarot-LEDs bestimmen zu können. Daraus sollte dann die Blickrichtung des Menschen ermittelt und in einem kleinen Demonstrationsprogramm dargestellt werden. Besondere Herausforderung dabei war das mathematische Problem zur Errechnung der Kopfbewegung. Der erste Ansatz scheiterte, da sich die einzelnen Bewegungen gegenseitig bedingten. Deshalb wurde als Lösungshilfe der POSIT-Algorithmus von DeMenthon hinzugezogen. Er macht es möglich von einem bekannten Objekt die Rotationsmatrix zu bestimmen. Daraus können dann die einzelnen Drehungen des Kopfes berechnet werden. Der OpenGL-Raum ist natürlich nur ein Beispiel für eine Anwendung des Programms. Man könnte es auch für viele andere Anwendungen benutzen, wie beispielsweise für Flugsimulationen. Außerdem wird die Möglichkeit geboten, das LED-Objekt zu ändern und gegebenfalls zu optimieren. Durch die zusätzliche Ausgabe der Translation ist dieses Programm außerdem sehr gut für Weiterentwicklungen geeignet.
Im Rahmen dieser Arbeit soll das Software-Modellierungstool Enterprise Architect so erweitert werden, dass die Trennung der Belange entsprechend dem erweiterten Hyperspace-Modell von Lohmann ermöglicht wird. Daneben soll auch die Bestimmung so genannter Slices ermöglicht werden. Bei einem Slice handelt es sich um die Menge aller Belange und syntaktischen Einheiten, welche mit einem oder mehreren Belangen direkt oder transitiv verknüpft sind. Die Idee der Bestimmung solcher Slices ist graphenorientiert: Die transitive Hülle der ausgewählten Belange und der mit diesen verknüpften Belange wird bestimmt. Dies kann auf bestimmte Kantenarten, welche die Arten der Verknüpfung von Belangen widerspiegeln, eingeschränkt werden. Bevor dies implementiert werden kann, muss untersucht werden, ob die Funktionalität mit den im Enterprise Architect gegebenen Möglichkeiten realisiert werden kann. Ist dies nicht der Fall, so müssen Modelle aus dem Enterprise Architect zunächst mit Hilfe von JGraLab in Graphen überführt werden, damit anschließend die Slices unter Anwendung der Graphenabfragesprache Graph Repository Query Language (GreQL) bestimmt werden können. Die Funktionalitäten sollen in einem gemeinsamen Software-Baustein realisiert werden, der sich konform zu den für den Enterprise Architect vorgegebenen Schnittstellen verhalten muss und keine Konflikte im Programmablauf verursachen kann.
Entwicklung eines generischen Sesame-Sails für die Abbildung von SPARQL-Anfragen auf Webservices
(2010)
Diese Arbeit soll eine Möglichkeit aufzeigen, aufbauend auf dem Sesame Framework Datenbestände von nicht-semantischen Web-Diensten im Sinne des Semantic Web auszuwerten. Konkret wird ein Sail (Webservice-Sail) entwickelt, das einen solchen Web-Dienst wie eine RDF-Quelle abfragen kann, indem es SPARQL-Ausdrücke in Methodenaufrufe des Dienstes übersetzt und deren Ergebnisse entsprechend auswertet und zurückgibt. Um eine möglichst große Anzahl von Webservices abdecken zu können, muss die Lösung entsprechend generisch gehalten sein. Das bedeutet aber insbesondere auch, dass das Sail auf die Modalitäten konkreter Services eingestellt werden muss. Es muss also auch eine geeignete Konfigurationsrepräsentation gefunden werden, um eine möglichst gute Unterstützung eines zu verwendenden Web-Dienstes durch das Webservice-Sail zu gewährleisten. Die Entwicklung einer solchen Repräsentation ist damit auch Bestandteil dieser Arbeit.
Im Vordergrund dieser Arbeit stehen die Geschäftsprozessmodelle und deren Überführung in das für eine Weiterverarbeitung in JGraLab benötigte TGraph-Format. Für die Modellierung der Geschäftsprozesse im SOAMIG-Projekt fiel die Auswahl, aus Gründen der Verbreitung und der Kompetenzen der SOAMIG-Partner, zugunsten der drei bereits erwähnten Modellierungssprachen UML Aktivitätsdiagramme, BPMN und EPK aus. Obwohl sich diese drei Notationen allesamt für die Erstellung von Geschäftsprozessmodellen bewährt haben und auch in Kombination in der Praxis eingesetzt werden, so differenzieren sie sich dennoch durch verschiedene Zielsetzungen bei ihrer Entwicklung. Die aufgrund der Zielsetzungen und der hohen Funktionsvielfalt resultierenden Unterschiede und Inkompatibilitäten der Sprachen untereinander bei der Modellierung von Geschäftsprozessen erschweren eine einheitliche Transformation nach JGraLab und die Behandlung der zu erhebenden Geschäftsprozessmodelle in JGraLab. Für jede Sprache müsste ein eigener Regelsatz und eine maßgeschneiderte Konvertierungsmöglichkeit festgelegt werden. Um eine sprach- und werkzeugunabhängige Geschäftsprozessmodellierung zu ermöglichen werden in dieser Arbeit zuerst die im SOAMIG-Projekt benötigten Sprachkonzepte und -elemente für die Modellierung von Geschäftsprozessen der UML Aktivitätsdiagramme, der BPMN und der EPK vorgestellt. Im nächsten Schritt werden notationsübergreifende Abbildungen der Srachkonzepte und -elemente aufeinander beschrieben, Defizite und Lücken der Sprachen aufgedeckt und durch eigene Auslegungen der Notationen gefüllt, und schließlich Metamodelle der drei Sprachen, aufgrund der gewonnen Erkentnisse sowie ein Referenzmetamodell auf Basis dieser Metamodelle erstellt und dargestellt. Im letzten Teil dieser Arbeit wird die exemplarische Realisierung eines Modell-zu-Referenzmodell Konverters auf Basis der BPMN und des Modellierungswerkzeuges BizAgi Process Modeler der Firma BizAgi Ltd vorgestellt, und der Lösungsansatz anhand des Beispiels eines Geschäftsprozesses validiert. Die Konvertierer ermöglichen die Abbildung eines Geschäftsprozessmodelles auf ein semantisch-äquivalentes Referenzmetamodell-konformes Modell, auf dessen Basis weitere Arbeitsschritte vor der/ für die Migration, unabhängig von der ursprünglich eingesetzten Modellierungssprache, definiert werden können.
Globale Beleuchtungssimulationen versuchen die physikalischen Eigenschaften von Licht und dessen Ausbreitung möglichst korrekt zu berechnen. Dabei werden diese üblicherweise im dreidimensionalen Objektraum berechnet und sind deshalb sehr rechenintensiv und von der Anzahl der Polygone der Szene abhängig. Objektraum-basierte Verfahren ermöglichen durch komlexe Berechnungen allerdings auch gute Annährungen physikalisch korrekter Beleuchtungen. Die Beleuchtungsberechnung in den Bildraum zu verlagern hat aber den großen Vorteil, dass die Berechnung hier unabhängig von der Größe und Komplexität der Szene durchführbar ist. Einzig die Auflösung entscheidet über den Rechenaufwand. Dieser Geschwindigkeitsvorteil beinhaltet jedoch einen Kompromiss was die physikalische Korrektheit der Beleuchtungssimulation angeht. Bei bisherigen Bildraum-Verfahren war es nicht möglich, für die Kamera nicht sichtbare Teile der Szene und deren Beleuchtungsinformationen, in die Berechnung mit einzubeziehen. Dies erscheint logisch, da über Geometrie die aus Sicht der Kamera nicht eingefangen wurde, im Bildraum zunächst keinerlei Informationen zur Verfügung stehen. Ein bekanntes Beispiel zur Annährung einer globalen Beleuchtung im Bildraum ist das Verfahren "Screen Space Ambient Occlusion". Dieses liefert zwar sehr gut Selbstverschattungen und wirkt dadurch realitätsnah, erzeugt aber keinen korrekten Lichtaustausch. Da die Beleuchtung von dem Inhalt des aktuellen Bildausschnitts abhängig ist, entstehen visuelle Artefakte, die vor allem bei Kamerabewegungen störend auffallen. Ziel der Studienarbeit ist es daher diese Artefakte durch die Verwendungen von Textur-Atlanten zu vermeiden. Dies wird durch eine Bildraum-basierte Beleuchtungssimulation ermöglicht, die die gesamte Szene zur Berechnung der Beleuchtung miteinbezieht und nicht nur die Sicht der Kamera. Dabei wird in einem Textur-Atlas die gesamte Szene gespeichert.