We introduce a new software system called Formal Concept Analysis Research Toolbox (FCART). Our goal is to create a universal integrated environment for knowledge and data engineers. FCART is constructed upon an iterative data analysis methodology and provides a built-in set of research tools based on Formal Concept Analysis techniques for working with object-attribute data representations. The provided toolset allows for the fast integration of extensions on several levels: from internal scripts to plugins. FCART was successfully applied in several data mining and knowledge discovery tasks. Examples of applying the system in medicine and criminal investigations are considered.

Data obtained from foreign data sources often come with only superficial structural information, such as relation names and attribute names. Other types of metadata that are important for effective integration and meaningful querying of such data sets are missing. In particular, relationships among attributes, such as foreign keys, are crucial metadata for understanding the structure of an unknown database. The discovery of such relationships is difficult, because in principle for each pair of attributes in the database each pair of data values must be compared. A precondition for a foreign key is an inclusion dependency (IND) between the key and the foreign key attributes. We present with Spider an algorithm that efficiently finds all INDs in a given relational database. It leverages the sorting facilities of DBMS but performs the actual comparisons outside of the database to save computation. Spider analyzes very large databases up to an order of magnitude faster than previous approaches. We also evaluate in detail the effectiveness of several heuristics to reduce the number of necessary comparisons. Furthermore, we generalize Spider to find composite INDs covering multiple attributes, and partial INDs, which are true INDs for all but a certain number of values. This last type is particularly relevant when integrating dirty data as is often the case in the life sciences domain - our driving motivation.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Erfassung kindlicher Fußformtypen anhand ihrer morphologischen Struktur. Vor dem Hintergrund der beträchtlichen Variabilität kindlicher Füße liegt das Erkenntnisinteresse insbesondere in der Erarbeitung eines Typisierungsansatzes, mit dem die kindliche Fußvielfalt in einem geordneten und vereinfachenden System gefasst werden kann. Ziel ist es, daraus ableitend, Informationen über die Entwicklung der kindlichen Fußform sowie über Verhältnisse des Fußwachstums bereitzustellen (klinisch-orthopädisch orientierte Typologie). Neben dem Alter der Kinder, werden das Geschlecht und der Body Mass Index (BMI) als weitere Einflussfaktoren mitberücksichtigt. Im Weiteren wird dieser Typisierungsansatz im Hinblick auf eine für den Schuhbau umsetzbare Typologie modifiziert (schuhspezifischen Typologie). Zur Konstruktion der Typen dienen clusteranalytische Verfahren. Als Resultat der differenzierten – klinisch-orthopädisch orientierten – Typenbildung können fünf verschiedene Fußtypen identifiziert werden: flacher, schlanker, kräftiger, kurzer und langer Fußtyp. Hinsichtlich des Vorkommens der fünf Typen zeigen sich signifikante Zusammenhänge bezüglich des Alters, Geschlechts und BMI. Im Rahmen der schuhspezifischen Typologie können drei Typen, auf der Grundlage von fünf für den Schuhbau relevanten Merkmalen (Ballenlänge, -winkel, -breite, Spannhöhe und Fersenbreite) generiert werden. Die Betrachtung der drei Typen über alle Schuhgrößen zeigt – analog zur Altersverteilung der differenzierten Typologie – eine größenabhängige Verteilung im Sinne eines Proportionswandels der kindlichen Fußdimensionen. Um den alters- bzw. schuhgrößenspezifischen Proportionen der kindlichen Fußform gerecht zu werden, wird eine stratifizierte Analyse in drei Schuhgrößenblöcken angeschlossen. Im Ergebnis führt dies zu einer drei (Schuhgrößenblöcke) x drei (Typen)-Clusterlösung. Durch diese neun verschiedenen Typen wird die große Variabilität der Fußmaße auf der einen Seite sowie das Wachstum des Kinderfußes – im Sinne des Proportionswandels – auf der anderen Seite, als Grundlage für ein neues Kinderschuh-System berücksichtigt. Dadurch hebt sich das neue System deutlich von bisherigen Konzepten ab, indem die Gestaltunterschiede des Fußes im Sinne eines (mehrdimensionalen) Typisierungsmodells umfassender erfasst werden können. / The object of the present study is to distinguish foot shape types in children based on their morphology. Because of the great amount of variability of children’s feet, a new approach of typifying has been developed to capture the variability of the feet in a structured and simplified model. The aim of this is to gain information about the development of children’s foot shape and the change in proportions throughout childhood (clinical-orthopaedic oriented typology). In addition to the age of the children, gender and Body Mass Index (BMI) are considered. Subsequently, this approach is modified to a typology which is practical for shoe construction (shoe specific typology). Foot types are generated using cluster analysis techniques. As a result of the clinical-orthopaedic oriented typology, five different foot types could be identified: flat, slender, robust, short and long. There are statistically significant differences in the prevalence of the five foot types regarding age, gender and BMI of the children. In the context of the shoe specific typology, three foot types could be identified which are based on five relevant foot measures used in shoe construction (ball-of-foot length, angle, and width, dorsal arch height, heel width). Foot dimensions change their proportions throughout the course of the different shoe sizes as children's feet grow - analogous to the age-related changes of the clinical-orthopaedic oriented typology. Therefore, a stratified analysis for each of the three different foot size sectors will be done to allow for the age and size related change of proportions. Based on the results of this analysis, a three (shoe size sectors) by three (types) cluster solution was generated. These nine foot types are the basis for a new approach for constructing children’s shoes, which allows for the great variability of the foot measures on the one hand, as well as the change of proportions throughout childhood on the other. Thus, this new approach contrasts with previous approaches by gathering the differences in foot shape in terms of a (multidimensional) typing model in a comprehensive way.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Präfigierung der Verben im Deutschen und Litauischen. Das Hauptgewicht dieser Arbeit liegt auf dem deutschen Präfix er- und seinen semantischen und syntaktischen Funktionen, die es zusammen mit einem Basisverb ausdrücken kann. Dann werden die Entsprechungen des Präfixes er- in der litauischen Sprache festgestellt und die Funktionen des Präfixes er- mit den Funktionen der entsprechenden litauischen Präfixen verglichen. / Priešdėlinių er- veiksmažodžių semantinės ir sintaksinės funkcijos vokiečių kalboje ir jų atitikmenys lietuvių kalboje. / Semantical and syntactical functions of the verbs with the prefix "er" in German and Lithuanian languages.

Water management and environmental protection is vulnerable to extreme low flows during streamflow droughts. During the last decades, in most rivers of Central Europe summer runoff and low flows have decreased. Discharge projections agree that future decrease in runoff is likely for catchments in Brandenburg, Germany. Depending on the first-order controls on low flows, different adaption measures are expected to be appropriate. Small catchments were analyzed because they are expected to be more vulnerable to a changing climate than larger rivers. They are mainly headwater catchments with smaller ground water storage. Local characteristics are more important at this scale and can increase vulnerability. This thesis mutually evaluates potential adaption measures to sustain minimum runoff in small catchments of Brandenburg, Germany, and similarities of these catchments regarding low flows. The following guiding questions are addressed: (i) Which first-order controls on low flows and related time scales exist? (ii) Which are the differences between small catchments regarding low flow vulnerability? (iii) Which adaption measures to sustain minimum runoff in small catchments of Brandenburg are appropriate considering regional low flow patterns? Potential adaption measures to sustain minimum runoff during periods of low flows can be classified into three categories: (i) increase of groundwater recharge and subsequent baseflow by land use change, land management and artificial ground water recharge, (ii) increase of water storage with regulated outflow by reservoirs, lakes and wetland water management and (iii) regional low flow patterns have to be considered during planning of measures with multiple purposes (urban water management, waste water recycling and inter-basin water transfer). The question remained whether water management of areas with shallow groundwater tables can efficiently sustain minimum runoff. Exemplary, water management scenarios of a ditch irrigated area were evaluated using the model Hydrus-2D. Increasing antecedent water levels and stopping ditch irrigation during periods of low flows increased fluxes from the pasture to the stream, but storage was depleted faster during the summer months due to higher evapotranspiration. Fluxes from this approx. 1 km long pasture with an area of approx. 13 ha ranged from 0.3 to 0.7 ls depending on scenario. This demonstrates that numerous of such small decentralized measures are necessary to sustain minimum runoff in meso-scale catchments. Differences in the low flow risk of catchments and meteorological low flow predictors were analyzed. A principal component analysis was applied on daily discharge of 37 catchments between 1991 and 2006. Flows decreased more in Southeast Brandenburg according to meteorological forcing. Low flow risk was highest in a region east of Berlin because of intersection of a more continental climate and the specific geohydrology. In these catchments, flows decreased faster during summer and the low flow period was prolonged. A non-linear support vector machine regression was applied to iteratively select meteorological predictors for annual 30-day minimum runoff in 16 catchments between 1965 and 2006. The potential evapotranspiration sum of the previous 48 months was the most important predictor (r²=0.28). The potential evapotranspiration of the previous 3 months and the precipitation of the previous 3 months and last year increased model performance (r²=0.49, including all four predictors). Model performance was higher for catchments with low yield and more damped runoff. In catchments with high low flow risk, explanatory power of long term potential evapotranspiration was high. Catchments with a high low flow risk as well as catchments with a considerable decrease in flows in southeast Brandenburg have the highest demand for adaption. Measures increasing groundwater recharge are to be preferred. Catchments with high low flow risk showed relatively deep and decreasing groundwater heads allowing increased groundwater recharge at recharge areas with higher altitude away from the streams. Low flows are expected to stay low or decrease even further because long term potential evapotranspiration was the most important low flow predictor and is projected to increase during climate change. Differences in low flow risk and runoff dynamics between catchments have to be considered for management and planning of measures which do not only have the task to sustain minimum runoff. / Sowohl Gewässermanagement als auch die Gewässerökologie können durch extreme Niedrigwasserereignisse stark betroffen sein. In den letzten Jahrzehnten haben sowohl der Abfluss während der Sommermonate als auch die Niedrigwasserabflüsse in den meisten Flüssen Zentraleuropas abgenommen. Projektionen des zukünftigen Abflusses lassen einen weiteren Rückgang der Abflüsse aus Einzugsgebieten Brandenburgs erwarten. Anpassungsmaßnahmen zur Stützung von Niedrigwasserabflüssen müssen den hydrologischen Prozessen gerecht werden. In dieser Arbeit werden Kopfeinzugsgebiete mit kleineren Grundwasserspeichern betrachtet, weil sie anfälliger gegenüber dem Klimawandel erscheinen als größere. Lokale Gegebenheiten können darüber hinaus ihre Vulnerabilität erhöhen. In dieser Arbeit werden Ergebnisse über die ähnlichkeit von kleinen Einzugsgebieten verwendet, um geeignete Anpassungsmaßnahmen zur Stützung von Niedrigwasserabflüssen herauszuarbeiten. Folgende Leitfragen werden bearbeitet: (i) Was sind die maßgeblichen Prozesse und Zeitskalen, die zu Niedrigwasserabflüssen führen? (ii) Wie unterscheiden sich die Einzugsgebiete bezüglich ihrer Vulnerabilität? (iii) Was sind geeignete Anpassungsmaßnahmen unter Berücksichtigung der vorherrschenden Prozesse und ihrer räumlichen Muster? Mögliche Anpassungsmaßnahmen können in drei Kategorien unterteilt werden: (i) Landnutzungsänderungen, änderungen der Feldbewirtschaftung und künstliche Grundwasseranreicherung führen zur Erhöhung der Grundwasserneubildung und somit des Basisabflusses. (ii) Talsperren, Seen, Teiche und ein entsprechendes Wassermanagement in Feuchtgebieten eignen sich zur Wasserspeicherung und regulierten Wasserabgabe. (iii) Maßnahmen bei deren Planung Wissen über Niedrigwasserabflüsse einfließen muss, aber die Stützung von Niedrigwasserabflüssen nicht die einzige Aufgabe ist (Siedlungswassermanagement, Abwassermanagement und Wasserüberleitungen zwischen Einzugsgebieten). Darüber hinaus wurde die Effektivität ufernaher Grundwasseranreicherung durch bestehende Bewässerungsgräben explizit an einem Standort unter Verwendung des Models Hydrus-2D quantifiziert. Hohe Wasserstände in den Gräben und das Unterbrechen der Wassereinleitung führten zu einer Niedrigwasseraufhöhung. Im Sommer wurde der Wasserspeicher wegen der Verdunstung schneller verbraucht. Je nach Szenario betrug die Niedrigwasseraufhöhung, die von der ca. 1 km langen und 13 ha großen Fläche ausging, zwischen 0.3 und 0.7 l/s. Eine Vielzahl solcher dezentraler Maßnahmen wären für eine deutliche Stützung der Niedrigwasserabflüsse in mesoskaligen Einzugsgebieten notwendig. Das Niedrigwasserrisiko sowie meteorologische Niedrigwasserprädiktoren wurden vergleichend analysiert. Der tägliche Abfluss aus 37 Einzugsgebieten zwischen 1991 und 2006 wurde mittels einer Hauptkomponentenanalyse ausgewertet. Der Abfluss in Südost Brandenburg ging klimabedingt stärker zurück. Das Niedrigwasserrisiko war in der Region östlich Berlins als Folge des kontinentaleren Klimas und der lokalen geohydrologischen Verhältnisse am größten. Diese Einzugsgebiete zeigten einen relativ schnellen Abflussrückgang während der Sommermonate und eine längere Niedrigwasserperiode. Darüber hinaus wurde eine nichtlineare Support Vektor Machine Regression zur iterativen Bestimmung der meteorologischen Prädiktoren für den jährlichen Niedrigwasserabfluss im 30-Tage Mittel in 16 Einzugsgebieten zwischen 1965 und 2006 durchgeführt. Die potentielle Verdunstungshöhe der vorhergegangenen 48 Monate war der wichtigste Prädiktor (r²=0.28). Die potentielle Verdunstungshöhe der vorhergegangenen 3 Monate sowie die Niederschlagshöhe der vorhergegangenen 3 Monate und des letzten Jahres verbesserten die Modellgüte zusätzlich (r²=0.49, für alle vier Prädiktoren). Die Modellgüte war höher in Einzugsgebieten mit geringer Abflussspende und gedämpftem Abflussverhalten. In Einzugsgebieten mit hohem Niedrigwasserrisiko war die potentielle Langzeitverdunstung wichtiger, um Niedrigwasserabflüsse zu erklären. In Einzugsgebieten mit hohem Niedrigwasserrisiko östlich von Berlin und deutlichem Abflussrückgang im Südosten Brandenburgs besteht der höchste Anpassungsbedarf. Maßnahmen zur Erhöhung der Grundwasserneubildung sollten bevorzugt werden. Einzugsgebiete mit hohem Niedrigwasserrisiko haben verhältnismäßig tiefe Grundwasserstände, was eine Erhöhung der Grundwasserneubildung in den höher gelegenen Neubildungsgebieten möglich und sinnvoll macht. Es ist davon auszugehen, dass Niedrigwasserabflüsse weiterhin niedrig bleiben oder sogar weiter fallen werden, da die potentielle Langzeitverdunstung der wichtigste Prädiktor war und Klimamodelle einen weiteren Anstieg dieser projizieren. Des Weiteren sind die Ergebnisse dieser Arbeit wichtig für die integrierte Planung von Maßnahmen, die nicht ausschließlich die Stützung von Niedrigwasserabflüssen zur Aufgabe haben.

In the presented thesis, the most advanced photon reconstruction technique of ground-based γ-ray astronomy is adapted to the H.E.S.S. 28 m telescope. The method is based on a semi-analytical model of electromagnetic particle showers in the atmosphere. The properties of cosmic γ-rays are reconstructed by comparing the camera image of the telescope with the Cherenkov emission that is expected from the shower model. To suppress the dominant background from charged cosmic rays, events are selected based on several criteria. The performance of the analysis is evaluated with simulated events. The method is then applied to two sources that are known to emit γ-rays. The first of these is the Crab Nebula, the standard candle of ground-based γ-ray astronomy. The results of this source confirm the expected performance of the reconstruction method, where the much lower energy threshold compared to H.E.S.S. I is of particular importance. A second analysis is performed on the region around the Galactic Centre. The analysis results emphasise the capabilities of the new telescope to measure γ-rays in an energy range that is interesting for both theoretical and experimental astrophysics. The presented analysis features the lowest energy threshold that has ever been reached in ground-based γ-ray astronomy, opening a new window to the precise measurement of the physical properties of time-variable sources at energies of several tens of GeV. / In der vorliegenden Dissertation wird die zur Zeit sensitivste Methode zur Photonrekonstruktion in der bodengebundenen Gammastrahlungsastronomie an das 28 m H.E.S.S. Teleskop angepasst. Die Analyse basiert auf einem semi-analytischen Modell von elektromagnetischen Teilchenschauern in der Erdatmosphäre. Die Rekonstruktion erfolgt durch den Vergleich des Bildes der Teleskopkamera mit der Tscherenkow-Emission, die mittels des Schauermodells berechnet wurde. Zur Verringerung des dominanten Untergrundes, der hauptsächlich durch Teilchen der geladenen kosmischen Strahlung hervorgerufen wird, werden Ereignisse anhand bestimmter Kriterien ausgewählt. Die Leistungsfähigkeit der Analyse wird unter Verwendung simulierter Ereignisse evaluiert. Die Methode wird anschließend auf zwei Gammastrahlungsquellen angewendet. Zuerst wird der Krebsnebel analysiert, die Standardkerze der bodengebundenen Gammastrahlungsastronomie. Die Resultate der Analyse des Krebsnebels bestätigen die bereits zuvor erwartete Leistungsfähigkeit der Rekonstruktionsmethode, wobei hier insbesondere die im Vergleich zu H.E.S.S. I stark verringerte Energieschwelle hervorzuheben ist. Als Zweites werden Beobachtungen der Region um das galaktische Zentrum ausgewertet. Die Analyseergebnisse dieser Daten unterstreichen die Fähigkeiten des neuen Teleskops zur Messung kosmischer Gammastrahlung in einem für die theoretische und experimentelle Astrophysik interessanten Energiebereich. Die vorgestellte Analyse besitzt die niedrigste Energieschwelle, die in der bodengebundenen Gammastrahlungsastronomie je erreicht wurde. Sie ermöglicht damit präzise Messungen der physikalischen Eigenschaften von zeitabhängigen Quellen im Energiebereich von 10 bis 100 GeV.

Concept-oriented model of data (COM) has been recently defined syntactically by means of the concept-oriented query language (COQL). In this paper we propose a formal embodiment of this model, called nested partially ordered sets (nested posets), and demonstrate how it is connected with its syntactic counterpart. Nested poset is a novel formal construct that can be viewed either as a nested set with partial order relation established on its elements or as a conventional poset where elements can themselves be posets. An element of a nested poset is defined as a couple consisting of one identity tuple and one entity tuple. We formally define main operations on nested posets and demonstrate their usefulness in solving typical data management and analysis tasks such as logic navigation, constraint propagation, inference and multidimensional analysis.

The widespread success of data analysis in a growing number of application domains has lead to the development of a variety of purpose build data processing systems. Today, many organizations operate whole fleets of different data related systems. Although this differentiation has good reasons there is also a growing need to create holistic perspectives that cut across the borders of individual systems. Application experts that want to create such perspectives are confronted with a variety of programming interfaces, data formats, and the task to combine available systems in an efficient manner. These issues are generally unrelated to the application domain and require a specialized set of skills. As a consequence, development is slowed down and made more expensive which stifles exploration and innovation. In addition, the direct use of specialized system interfaces can couple application code to specific processing systems. In this dissertation, we propose the data processing platform DataCalc which presents users with a unified application oriented programming interface and which automatically executes this interface in an efficient manner on a variety of processing systems. DataCalc offers a managed environment for data analyses that enables domain experts to concentrate on their application logic and decouples code from specific processing technology. The basis of this managed processing environment are the high-level domain oriented program representation DCIL and a flexible and extensible cost based optimization component. In addition to traditional up-front optimization, the optimizer also supports dynamic re-optimization of partially executed DCIL programs. This enables the system to benefit from dynamic information that only becomes available during execution of queries. DataCalc assigns workloads to available processing systems using a fine grained task scheduling model to enable efficient exploitation of available resources. In the second part of the dissertation we present a prototypical implementation of the DataCalc platform which includes connectors for the relational DBMS PostgreSQL, the document store MongoDB, the graph database Neo4j, and for the custom build PyProc processing system. For the evaluation of this prototype we have implemented an extended application scenario. Our experiments demonstrate that DataCalc is able to find and execute efficient execution strategies that minimize cross system data movement. The system achieves much better results than a naive implementation and it comes close to the performance of a hand-optimized solution. Based on these findings we are confident to conclude that the DataCalc platform architecture provides an excellent environment for cross domain data analysis on a heterogeneous federated processing architecture.

Development of a PCI card for PCI bus based host systems, which allows for analysis of ATM data streams on ATM transmission links with a data rate of 622Mbit/s. Implementation and previous deliberations and therefrom and from given specifications arisen partial tasks Fields of application of the ATM-Analyzer board Depiction of particular development steps Functional description of the ATM-Analyzer Explanations on how to put the PCB and the employed test software into operation Assessment of test results / Entwicklung einer Einsteckkarte für PCI-Bus-basierte Hostsysteme zur Analyse von Datenströmen auf ATM-Übertragungsstrecken mit einer Geschwindigkeit von 622 Mbit/s. Realisierung und damit verbundene Vorüberlegungen und daraus und aus gegebenen Spezifikationen erwachsene Teilaufgaben Anwendungsgebiete der Analyzer-Karte Darstellung der einzelnen Entwicklungsschritte Funktionsbeschreibung des ATM-Analyzers Erläuterungen zur Inbetriebnahme der Leiterkarte und der verwendeten Testsoftware Bewertung der Testergebnisse

Concept-oriented model of data (COM) has been recently defined syntactically by means of the concept-oriented query language (COQL). In this paper we propose a formal embodiment of this model, called nested partially ordered sets (nested posets), and demonstrate how it is connected with its syntactic counterpart. Nested poset is a novel formal construct that can be viewed either as a nested set with partial order relation established on its elements or as a conventional poset where elements can themselves be posets. An element of a nested poset is defined as a couple consisting of one identity tuple and one entity tuple. We formally define main operations on nested posets and demonstrate their usefulness in solving typical data management and analysis tasks such as logic navigation, constraint propagation, inference and multidimensional analysis.