Diese Arbeit leistet Beiträge zu drei Gebieten der deskriptiven Komplexitätstheorie. Zunächst adaptieren wir einen repräsentationsinvarianten Graphkanonisierungsalgorithmus mit einfach exponentieller Laufzeit von Corneil und Goldberg (1984) und folgern, dass die Logik "Choiceless Polynomial Time with Counting" auf Strukturen, deren Relationen höchstens Stelligkeit 2 haben, gerade die Polynomialzeit-Eigenschaften (PTIME) von Fragmenten logarithmischer Größe charakterisiert. Der zweite Beitrag untersucht die deskriptive Komplexität von PTIME-Berechnungen auf eingeschränkten Graphklassen. Wir stellen eine neuartige Normalform von Intervallgraphen vor, die sich in Fixpunktlogik mit Zählen (FP+C) definieren lässt, was bedeutet, dass FP+C auf dieser Graphklasse PTIME charakterisiert. Wir adaptieren außerdem unsere Methoden, um einen kanonischen Beschriftungsalgorithmus für Intervallgraphen zu erhalten, der sich mit logarithmischer Platzbeschränkung (LOGSPACE) berechnen lässt. Im dritten Teil der Arbeit beschäftigt uns die ungelöste Frage, ob es eine Logik gibt, die alle Polynomialzeit-Berechnungen charakterisiert. Wir führen eine Reihe von Ranglogiken ein, die die Fähigkeit besitzen, den Rang von Matrizen über Primkörpern zu berechnen. Wir zeigen, dass diese Ergänzung um lineare Algebra robuste Logiken hervor bringt, deren Ausdrucksstärke die von FP+C übertrifft. Außerdem beweisen wir, dass Ranglogiken strikt an Ausdrucksstärke gewinnen, wenn wir die Zahl an Variablen erhöhen, die die betrachteten Matrizen indizieren. Dann bauen wir eine Brücke zur klassischen Komplexitätstheorie, indem wir über geordneten Strukturen eine Reihe von Komplexitätsklassen zwischen LOGSPACE und PTIME durch Ranglogiken charakterisieren. Die Arbeit etabliert die stärkste der Ranglogiken als Kandidat für die Charakterisierung von PTIME und legt nahe, dass Ranglogiken genauer erforscht werden müssen, um weitere Fortschritte im Hinblick auf eine Logik für Polynomialzeit zu erzielen. / This thesis is making contributions to three strands of descriptive complexity theory. First, we adapt a representation-invariant, singly exponential-time graph canonization algorithm of Corneil and Goldberg (1984) and conclude that on structures whose relations are of arity at most 2, the logic "Choiceless Polynomial Time with Counting" precisely characterizes the polynomial-time (PTIME) properties of logarithmic-size fragments. The second contribution investigates the descriptive complexity of PTIME computations on restricted classes of graphs. We present a novel canonical form for the class of interval graphs which is definable in fixed-point logic with counting (FP+C), which shows that FP+C captures PTIME on this graph class. We also adapt our methods to obtain a canonical labeling algorithm for interval graphs which is computable in logarithmic space (LOGSPACE). The final part of this thesis takes aim at the open question whether there exists a logic which generally captures polynomial-time computations. We introduce a variety of rank logics with the ability to compute the ranks of matrices over (finite) prime fields. We argue that this introduction of linear algebra results in robust logics whose expressiveness surpasses that of FP+C. Additionally, we establish that rank logics strictly gain in expressiveness when increasing the number of variables that index the matrices we consider. Then we establish a direct connection to standard complexity theory by showing that in the presence of orders, a variety of complexity classes between LOGSPACE and PTIME can be characterized by suitable rank logics. Our exposition provides evidence that rank logics are a natural object to study and establishes the most expressive of our rank logics as a viable candidate for capturing PTIME, suggesting that rank logics need to be better understood if progress is to be made towards a logic for polynomial time.

Serviceevolution erlaubt es, einen Service durch einen anderen Service zu verfeinern oder zu ersetzen. Der Austausch durch einen anderen Service sollte garantieren, dass alle oder ausgewählte Partner des Originalservices erhalten bleiben. In dieser Arbeit entwickeln wir einen Ansatz welcher einem Serviceentwickler helfen soll, Analyse- und Syntheseaufgaben für den Serviceaustausch so durchzuführen, dass jeder Partner eines gegebenen Services beim Austausch erhalten bleibt. Wir modellieren einen Kontrollfluss eines Services als Beschreibung der Reihenfolge von asynchron kommunizierenden Ereignissen mittels eines impliziten ungeordneten Nachrichtenspeichers. Weiterhin studieren wir den Verhaltensaspekt von korrekter Interaktion zwischen Services und konzentrieren uns auf zwei Varianten von Verklemmungsfreiheit als Korrektheitskriterien von Serviceersetzung. Der wichtigste Beitrag ist ein Ansatz zur Charakterisierung jedes möglichen Austausches eines gegebenen Services. Die zentrale Idee dieses Ansatzes ist eine systematische Untersuchung der Verbindung zwischen einem Service und all seiner Partner bzgl. eines gegebenen Korrektheitskriteriums. Wir nutzen diese Verbindung um von einem gegebenen Service einen kanonischen Partner und einen kanonischen Austausch bzgl. aller Partner zu synthetisieren. Ein Service welcher den kanonischen Austausch eines gegebenen Services verfeinert wird als Austausch des gegebenen Services angesehen, wenn die Menge all seiner Partner jeden Partner des gegebenen Services enthält. Mit dem kanonischen Austausch eines gegebenen Services identifizieren wir die Menge der möglichen austauschenden Services eines gegebenen Services bei der jeder exakt die gleichen Partner wie der gegebene Service hat. Einige Ergebnisse dieser Arbeit fundieren auf früheren Arbeiten zu Austausch und Korrektheit von Services und können daher mit diesen verbunden werden um schwierigere Analyse- und Syntheseaufgaben für den Serviceaustausch durchzuführen. / Service evolution allows one service to be refined into or substituted by another service. Substituting one service by another service should guarantee to preserve all or selected partners of the original service. In this thesis, we develop an approach that shall assist a service designer, such as a domain expert, to perform analysis and synthesis tasks on service substitution. We model a control flow of services that describes the ordering of asynchronously communicating events over an implicit unordered message buffer. We study the behavioral aspect of correct interaction between services and concentrate on two variants of deadlock freedom as correctness criteria of service substitution. The major contribution of this thesis is an approach for characterizing the set of all substitutes for a given service. We systematically investigate the relationship between a service and all its partners under a given correctness criterion and employ this relationship to synthesize from a given service its canonical partner and its canonical substitute with respect to all partners. A service that refines the canonical substitute for a given service is regarded as a substitute for the given service if the set of all its partners includes every partner of the given service. With the canonical substitute of a given service, we identify a specific subset of the set of all substitutes for the given service, each of which has exactly the same set of partners as that of the given service. Parts of the results in this thesis have been established upon previous works on service substitution and correctness of services. Consequently, we can also combine our results with the related existing techniques to perform more sophisticated analysis and synthesis tasks on service substitution.

Das moderne Finanzsystem ist komplex, dynamisch, hochdimensional und oftmals nicht stationär. All diese Faktoren stellen große Herausforderungen beim Messen des zugrundeliegenden Finanzrisikos dar, das speziell für Marktteilnehmer von oberster Priorität ist. Hochdimensionalität, die aus der ansteigenden Vielfalt an Finanzprodukten entsteht, ist ein wichtiges Thema für Ökonometriker. Ein Standardansatz, um mit hoher Dimensionalität umzugehen, ist es, Schlüsselvariablen auszuwählen und kleine Koeffizientenen auf null zu setzen, wie etwa Lasso. In der Finanzmarktanalyse kann eine solche geringe Annahme helfen, die führenden Risikofaktoren aus dem extrem großen Portfolio, das letztendlich das robuste Maß für finanzielles Risiko darstellt, hervorzuheben. In dieser Arbeit nutzen wir penalisierte Verfahren, um die ökonometrischen Maße für das finanzielle Risiko in hoher Dimension zu schätzen, sowohl mit nieder-, als auch hochfrequenten Daten. Mit Fokus auf dem Finanzmarkt, können wir das Risikonetzwerk des ganzen Systems konstruieren, das die Identifizierung individualspezifischen Risikos erlaubt. / Modern financial system is complex, dynamic, high-dimensional and often possibly non-stationary. All these factors pose great challenges in measuring the underlying financial risk, which is of top priority especially for market participants. High-dimensionality, which arises from the increasing variety of the financial products, is an important issue among econometricians. A standard approach dealing with high dimensionality is to select key variables and set small coefficient to zero, such as lasso. In financial market analysis, such sparsity assumption can help highlight the leading risk factors from the extremely large portfolio, which constitutes the robust measure for financial risk in the end. In this paper we use penalized techniques to estimate the econometric measures of financial risk in high dimensional, with both low-frequency and high-frequency data. With focus on financial market, we could construct the risk network of the whole system which allows for identification of individual-specific risk.

Diese Arbeit befasst sich mit Internetzensur innnerhalb der EU, und hier insbesondere mit der technischen Umsetzung, das heißt mit den angewandten Sperrmethoden und Filterinfrastrukturen, in verschiedenen EU-Ländern. Neben einer Darstellung einiger Methoden und Infrastrukturen wird deren Nutzung zur Informationskontrolle und die Sperrung des Zugangs zu Websites und anderen im Internet verfügbaren Netzdiensten untersucht. Die Arbeit ist in drei Teile gegliedert. Zunächst werden Fälle von Internetzensur in verschiedenen EU-Ländern untersucht, insbesondere in Griechenland, Zypern und Spanien. Anschließend wird eine neue Testmethodik zur Ermittlung der Zensur mittels einiger Anwendungen, welche in mobilen Stores erhältlich sind, vorgestellt. Darüber hinaus werden alle 27 EU-Länder anhand historischer Netzwerkmessungen, die von freiwilligen Nutzern von OONI aus der ganzen Welt gesammelt wurden, öffentlich zugänglichen Blocklisten der EU-Mitgliedstaaten und Berichten von Netzwerkregulierungsbehörden im jeweiligen Land analysiert. / This is a thesis on Internet censorship in the European Union (EU), specifically regarding the technical implementation of blocking methodologies and filtering infrastructure in various EU countries. The analysis examines the use of this infrastructure for information controls and the blocking of access to websites and other network services available on the Internet. The thesis follows a three-part structure. Firstly, it examines the cases of Internet censorship in various EU countries, specifically Greece, Cyprus, and Spain. Subsequently, this paper presents a new testing methodology for determining censorship of mobile store applications. Additionally, it analyzes all 27 EU countries using historical network measurements collected by Open Observatory of Network Interference (OONI) volunteers from around the world, publicly available blocklists used by EU member states, and reports issued by network regulators in each country.

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.

In der akademischen Fachliteratur existieren kaum Forschungsergebnisse zu One-to-One-Marketing, die auf Anwendungen im Einzelhandel ausgerichtet sind. Zu den Hauptgründen zählen, dass Ansätze nicht auf die Größe typischer Einzelhandelsanwendungen skalieren und dass die Datenverfügbarkeit auf Händler und Marketing-Systemanbieter beschränkt ist. Die vorliegende Dissertation entwickelt neue deskriptive, prädiktive und präskriptive Modelle für automatisiertes Target Marketing, die auf Representation Learning und Deep Learning basieren, und untersucht deren Wirksamkeit in Praxisanwendungen. Im ersten Schritt zeigt die Arbeit, dass Representation Learning in der Lage ist, skalierbar Marktstrukturen zu analysieren. Der vorgeschlagene Ansatz zur Visualisierung von Marktstrukturen ist vollständig automatisiert und existierenden Methoden überlegen. Die Arbeit entwickelt anschließend ein skalierbares, nichtparametrisches Modell, das Produktwahl auf Konsumentenebene für alle Produkte im Sortiment großer Einzelhändler vorhersagt. Das Deep Neural Network übertrifft die Vorhersagekraft existierender Benchmarks und auf Basis des Modells abgeleitete Coupons erzielen signifikant höhere Umsatzsteigerungen. Die Dissertation untersucht abschließend eine Coupon-Engine, die auf den entwickelten Modellen basiert. Der Vergleich personalisierter Werbeaktionen mit Massenmarketing belegt, dass One-to-One Marketing Einlösungsraten, Umsätze und Gewinne steigern kann. Eine Analyse der Kundenreaktionen auf personalisierte Coupons im Rahmen eines Kundenbindungsprogrammes zeigt, dass personalisiertes Marketing Systemnutzung erhöht. Dies illustriert, wie Target Marketing und Kundenbindungsprogramme effizient kombiniert werden können. Die vorliegende Dissertation ist somit sowohl für Forscher als auch für Praktiker relevant. Neben leistungsfähigeren Modellansätzen bietet diese Arbeit relevante Implikationen für effizientes Promotion-Management und One-to-One-Marketing im Einzelhandel. / Research on one-to-one marketing with a focus on retailing is scarce in academic literature. The two main reasons are that the target marketing approaches proposed by researchers do not scale to the size of typical retail applications and that data regarding one-to-one marketing remain locked within retailers and marketing solution providers. This dissertation develops new descriptive, predictive, and prescriptive marketing models for automated target marketing that are based on representation learning and deep learning and studies the models’ impact in real-life applications. First, this thesis shows that representation learning is capable of analyzing market structures at scale. The proposed approach to visualizing market structures is fully automated and superior to existing mapping methods that are based on the same input data. The thesis then proposes a scalable, nonparametric model that predicts product choice for the entire assortment of a large retailer. The deep neural network outperforms benchmark methods for predicting customer purchases. Coupon policies based on the proposed model lead to substantially higher revenue lifts than policies based on the benchmark models. The remainder of the thesis studies a real-time offer engine that is based on the proposed models. The comparison of personalized promotions to non-targeted promotions shows that one-to-one marketing increases redemption rates, revenues, and profits. A study of customer responses to personalized price promotions within the retailer’s loyalty program reveals that personalized marketing also increases loyalty program usage. This illustrates how targeted price promotions can be integrated smoothly into loyalty programs. In summary, this thesis is highly relevant for both researchers and practitioners. The new deep learning models facilitate more scalable and efficient one-to-one marketing. In addition, this research offers pertinent implications for promotion management and one-to-one marketing.

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.