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In dieser Arbeit wird das dynamische Auswertungsproblem über dynamische Datenbanken betrachtet, bei denen Tupel hinzugefügt oder gelöscht werden können. Die Aufgabe besteht darin einen dynamischen Algorithmus zu konstruieren, welcher unmittelbar nachdem die Datenbank aktualisiert wurde, die Datenstruktur, die das Resultat repräsentiert, aktualisiert. Die Datenstruktur soll in konstanter Zeit aktualisiert werden und das Folgende unterstützen: * Teste in konstanter Zeit ob ein Tupel zur Ausgabemenge gehört, * gebe die Anzahl der Tupel in der Ausgabemenge in konstanter Zeit aus, * zähle die Tupel aus der Ausgabemenge mit konstanter Taktung auf und * zähle den Unterschied zwischen der neuen und der alten Ausgabemenge mit konstanter Taktung auf. Im ersten Teil werden konjunktive Anfragen und Vereinigungen konjunktiver Anfragen auf relationalen Datenbanken betrachtet. Die Idee der q-hierarchischen Anfragen (und t-hierarchische Anfragen für das Testen) wird eingeführt und es wird gezeigt, dass das Resultat für jede q-hierarchische Anfrage auf dynamischen Datenbanken effizient in dem oben beschriebenen Szenario ausgewertet werden können. Konjunktive Anfragen mit Aggregaten werden weiterhin betrachtet. Es wird gezeigt, dass das Lernen von polynomiellen Regressionsfunktionen in konstanter Zeit vorbereitet werden kann, falls die Trainingsdaten aus dem Anfrageergebnis kommen. Mit logarithmischer Update-Zeit kann folgende Routine unterstützt werden: Bei Eingabe einer Zahl j, gebe das j-te Tupel aus der Aufzählung aus. Im zweiten Teil werden Anfragen, die Formeln der Logik erster Stufe (FO) und deren Erweiterung mit Modulo-Zähl Quantoren (FO+MOD) sind, betrachtet, und es wird gezeigt, dass diese effizient unter Aktualisierungen ausgewertet können, wobei die dynamische Datenbank die Gradschranke nicht überschreitet, und bei der Auswertung die Zähl-, Test-, Aufzähl- und die Unterschied-Routine unterstützt werden. / This thesis investigates the query evaluation problem for fixed queries over fully dynamic databases, where tuples can be inserted or deleted. The task is to design a dynamic algorithm that immediately reports the new result of a fixed query after every database update. In particular, the goal is to construct a data structure that allows to support the following scenario. After every database update, the data structure can be updated in constant time such that afterwards we are able * to test within constant time for a given tuple whether or not it belongs to the query result, * to output the number of tuples in the query result, * to enumerate all tuples in the new query result with constant delay and * to enumerate the difference between the old and the new query result with constant delay. In the first part, conjunctive queries and unions of conjunctive queries on arbitrary relational databases are considered. The notion of q-hierarchical conjunctive queries (and t-hierarchical conjunctive queries for testing) is introduced and it is shown that the result of each such query on a dynamic database can be maintained efficiently in the sense described above. Moreover, this notion is extended to aggregate queries. It is shown that the preparation of learning a polynomial regression function can be done in constant time if the training data are taken (and maintained under updates) from the query result of a q-hierarchical query. With logarithmic update time the following routine is supported: upon input of a natural number j, output the j-th tuple that will be enumerated. In the second part, queries in first-order logic (FO) and its extension with modulo-counting quantifiers (FO+MOD) are considered, and it is shown that they can be efficiently evaluated under updates, provided that the dynamic database does not exceed a certain degree bound, and the counting, testing, enumeration and difference routines is supported.

Neue Organisationsformen, wie evolutionäre Organisationen, bilden in vielen Kooperationsszenarien sozio-technische Konstrukte mit modernen CSCW Anwendungen aus. Daher erfordern Veränderungen dieser sozialen Systeme eine kontinuierliche Anpassung der technischen Tools an die neuen sozialen Konfigurationen. Diese Dissertation ist als Design Science Research (DSR) Projekt konzipiert und addressiert die folgende Forschungsfrage (RQ): “Wie können soziotechnische, evolutionäre Organisationen die Herausforderungen der joint optimization und des organizational choice während ihrer autopoietischen Veränderungsprozesse addressieren?” Die Fallstudie Viva con Agua de St. Pauli e.V. wurde mittels qualitativer und ethnographischer Methoden im Rahmen der entsprechenden DSR Zyklen untersucht. Das Forschungsprojekt fokussiert die Entwicklung von Artefakten indem sowohl eine technische, als auch eine soziale Perspektive eingenommen wird. Aus der technische Perspektive wird die RQ durch eine Microservice-Plattform adressiert. Die Architektur dient der Verteilung von Verantwortlichkeit für die Software in einem heterogenen Netzwerk von Entwickler:innen. Dabei müssen diverse neue Herausforderungen beachtet werden, wie etwa die Verteilung des User Interface. Durch die Betrachtung der RQ aus der sozialen Perspektive wird der USMU Workshop entwickelt. Dieses Artefakt dient der Verbindung der Charakteristika evolutionärer Organisationen mit agiler Software Entwicklung und mit Methoden des partizipativen Designs. Die Studien zeigen, dass beide Artefakte die RQ adressieren. Zudem konnte ich für beide Artefakte wertvolle Verbesserungsmöglichkeiten aufzeigen. Somit motivieren die Ergebnisse den nächsten Schritt des Projekts und die vorliegende Thesis wird Bestandteil des zyklischen Ablaufs eines DSR Projekts. / The emergence of new types of organizational structures, such as evolutionary-teal organizations, almost always leads to the development of socio-technical constructs when it comes to working in collaboration with modern CSCW applications. A consequence of this is that the social system’s autopoietic change processes create challenges that compel one to adjust the implementation of the technical tool to the social system’s new configuration. This thesis is structured according to the design science research (DSR) approach and focuses on the research question (RQ): “How can socio-technical evolutionary-teal organizations address the challenges of joint optimization and organizational choice during their autopoietic processes?” For this purpose, the case study Viva con Agua de St. Pauli e.V. is investigated using a qualitative ethnographical approach during the DSR cycles. Addressing the RQ, two artifacts are designed from a technical as well as a social perspective. While the technical perspective primarily investigates the adjustments of technology, the social perspective focuses on the management of change in socio-technical evolutionary-teal organizations. I propose a microservice platform as an artifact that addresses the RQ from a technical perspective. The microservice architecture aims at spreading the responsibility for the software through a heterogeneous ecosystem of developers. The newly designed USMU workshop is addressing the RQ from the social perspective. It strives to intertwine the characteristics of evolutionary-teal organizations with agile software development and participatory design methods. In my studies, I examine the fact that both artifacts can be used to address the RQ. Additionally, I was able to identify valuable improvements for both of my artifacts. Hence, the project follows the lifecycle of a DSR project by reasoning through the results presented here for its next iteration.

Heutige Roboter sind nur begrenzt in der Lage etwas zu erlernen, sich unerwarteten Umständen anzupassen oder auf diese zu reagieren. Als Antwort auf diese Fragen, develomental robotics setzt sich den Aufbau eines künstlichen Systems zum Ziel, das motorische und kognitive Fähigkeiten analog zur menschlichen Entwicklung durch Interaktion mit der Umgebung entwickeln kann. In dieser Arbeit wird ein ähnlich Ansatz verwendet, mit Hilfe dessen grundlegende Verhaltenskomponenten identifiziert werden sollen, die eine autonome Aneignung motorischer und kognitive Fähigkeiten durch die Roboter ermöglichen könnten. Diese Arbeit untersucht die sensomotorische Interaktion als Mittel zur Schaffung von Erfahrungen. Es werden Experimente zu explorative Verhaltensweisen zur Aneigung von Arbewegungen, der Werkzeugnutzung und von interaktiven Fähigkeiten vorgestellt. In diesem Rahmen wird auch die Entwicklung sozialer Fähigkeiten, insbesondere durch joint attention, behandelt. Dabei werden zwei Vorraussetzugen zu joint attention untersucht: Zeigegesten und Erkennung von visueller Salienz. Dabei wurde das Framework der interen Modelle für die Darstellung von sensomotorischen Erfahrungen angewendet. Insbesondere wurden inverse und Vorwärtsmodelle mit unterschiedlichen Konfigurationen am sensorischen und motorischen Daten, die vom Roboter durch exploratives Verhalten, durch Beobachtung menschliche Vorführern, oder durch kinästhetisches Lehren erzeugt wurden geschult. Die Entscheidung zu Gunsten dieses Framework wurde getroffen, da es in der Lage ist, sensomotorische Zyklen zu simulieren. Diese Arbeit untersucht, wie grundlegende kognitive Fähigkeiten in einen humanoiden Roboter unter Berücksichtigung sensorischer und motorischer Erfahrungen implementiert werden können. Insbesondere wurden interne Simulationsprozesse für die Implementierung von Kognitivenfahigkeiten wie die Aktionsauswahl, die Werkzeugnutzung, die Verhaltenserkennung und die Self-Other distinction, eingesetzt. / State-of-the-art robots are still not properly able to learn from, adapt to, react to unexpected circumstances, and to autonomously and safely operate in uncertain environments. Researchers in developmental robotics address these issues by building artificial systems capable of acquiring motor and cognitive capabilities by interacting with their environment, inspired by human development. This thesis adopts a similar approach in finding some of those basic behavioural components that may allow for the autonomous development of sensorimotor and social skills in robots. Here, sensorimotor interactions are investigated as a mean for the acquisition of experience. Experiments on exploration behaviours for the acquisition of arm movements, tool-use and interactive capabilities are presented. The development of social skills is also addressed, in particular of joint attention, the capability to share the focus of attention between individuals. Two prerequisites of joint attention are investigated: imperative pointing gestures and visual saliency detection. The established framework of the internal models is adopted for coding sensorimotor experience in robots. In particular, inverse and forward models are trained with different configurations of low-level sensory and motor data generated by the robot through exploration behaviours, or observed by human demonstrator, or acquired through kinaesthetic teaching. The internal models framework allows the generation of simulations of sensorimotor cycles. This thesis investigates also how basic cognitive skills can be implemented in a humanoid robot by allowing it to recreate the perceptual and motor experience gathered in past interactions with the external world. In particular, simulation processes are used as a basis for implementing cognitive skills such as action selection, tool-use, behaviour recognition and self-other distinction.

SDL in der 1996 standardisierten Sprachversion ist zur Zeit die im Telekommunikationsbereich am weitesten verbreitete Sprache zur Spezifikation von Protokollen. Ein wesentlicher Aspekt der Sprachentwicklung seit 1988 ist auch die Verfügbarkeit einer formalen Basis semantischer Konzepte. Für das Datenkonzept der Sprache wurde auf die algebraischen Technik ACT ONE zurückgegriffen. Obwohl Anspruch als auch praktischer Wert von SDL in der Ausführbarkeit als Spezifikationstechnik liegt, wird dieses gerade durch das verwendete Datenmodell beeinträchtigt. Verdeckt wird dieses Problem durch die Bereitstellung von vordefinierten Datentypen. Durch die Erweiterung von SDL um objektorientierte Konzepte im Jahr 1992 und durch die allgemein wachsende Bedeutung der Daten in Protokollbeschreibungen treten die vorhandenen Sprachprobleme bei den Daten immer mehr in der Vordergrund. Individuelle Lösungen zur Spezifikation von Daten in verfügbaren SDL-Werkzeugen sind die Folge. In der vorliegenden Arbeit werden sowohl die praxismotivierten Unzulänglichkeiten als auch die formalen Unstimmigkeiten im SDL-Datenkonzept aufgezeigt. Auf der Grundlage einer systematischen Analyse werden ein allgemeiner Anforderungskatalog und eine Methodik für Veränderungen am Datenkonzept erarbeitet. Zusätzlich werden wichtige Sprachmodifikationen mit dem Schwerpunkten Ausdruckskraft und Ausführbarkeit vorgestellt und bewertet. Es steht somit ein Instrumentarium zur Verfügung, das den unterschiedlichen SDL-Interessengruppen bei der Bewertung und Nutzung von SDL-Veränderungen dienlich ist. Die in der Arbeit vorgestellten Modifikationen des Datenkonzepts basieren auf den langjährigen Erfahrungen des Autors bei der Implementierung und dem Einsatz von Werkzeugen, die mit verschiedenen projektspezifischen Zielstellungen SDL-Beschreibungen in ausführbare Programme überführen. Die Kombination von SDL mit einer weiteren Spezifikationstechnik, ASN.1, spielt hier eine besondere Rolle. Durch die aktive Mitarbeit des Autors bei der SDL-Sprachstandardisierung werden in der Arbeit auch Vorschläge präsentiert, die über das Potential der vorhandenen Werkzeuge hinausgehen. Das schließt beispielsweise die Bewertung der neuen, in der Praxis noch nicht etablierten, SDL-Version aus dem Jahr 2000 mit ein. / SDL in the language version which was standardized in 1996 is the most-used language in the telecommunication domain for the specification of protocols today. An essential aspect of the language development since 1998 is the availability of a formal basis for semantic concepts. The algebraic technique ACT ONE is used for the data concept of the language. Although the requirement and the practical value of SDL is the execution a specification technique, this is impaired straight by the used data model. The problem is hidden by the supply of pre-defined data types. Because of the introduction of object oriented concepts in 1992 and because of the generally increasing importance of data for the protocol description the existing language problems are taking more and more attention. Individual solutions for the specification of data are the consequence with available SDL tools. In the presented document are pointed out the praxis motivated inadequacies as well as the formal discrepancy of the data concept. A general requirement catalogue and a methodology are designed for language modifications based on a systematic inspection of the SDL data concept. Furthermore important language modifications are introduced and evaluated with the focus to expression power and to execution. Instruments are provided thus, which are helpful to different SDL interest groups for the evaluation and for the application of SDL modifications. In the document presented data modifications are based on years of experience of the author in the implementation and application of tools that compile SDL specifications with different project-specific objectives into executable programs. The combination of SDL with a further specification technology, ASN.1, plays an important role here. Because of the active role of the author in the SDL standardization process also suggestions are presented going beyond the potential of the existing tools. That includes for example the evaluation of the new, in practice not yet established SDL version, published in 2000.