Thema dieser Arbeit ist die automatisierte grafische Aufarbeitung der Rohdaten einer Wetter- oder Klimaprognose für das Internet, um eine interaktive Anwendung zur Betrachtung der Daten zu erhalten. Im Internet finden sich zwar Wetterdarstellungen, die gute Ansätze aufweisen, allerdings werden interaktive und dynamische Techniken nur wenig genutzt. Daher wurde erstmalig eine Software erstellt, mit der eine komplexe Web Mapping Applikation generiert werden kann, die sowohl für die Darstellung von allgemeinen geographischen Daten, als auch für die Visualisierung von räumlichen Daten mit einem zeitlichen Aspekt geeignet ist. Besonderen Wert wurde auf die Visualisierung von Wetterdaten gelegt, die in der Web Mapping Applikation komfortabel eingebunden werden können. Dadurch ist es möglich, eine interaktive und dynamische Visualisierung einer Wettervorhersage im Internet zu präsentieren. Zusätzlich wurde darauf geachtet, dass die Visualisierung einer Wettervorhersage in Kombination mit der Web Mapping Applikation automatisiert erfolgt und dennoch sehr frei und einfach konfiguriert werden kann. Es ist keinerlei Fremdsoftware erforderlich, um eine solche Web Mapping Anwendung zuerzeugen. Lediglich die zu visualisierenden Daten müssen vorhanden sein. Die in der Web Mapping Applikation vorhandenen Daten sind frei kombinierbar, Ausschnitte können gezielt betrachtet werden, eine Navigation durch die Zeit wird ermöglicht und die Wettervorhersagedaten können mit einer beliebig genauen Geographie versehen werden. Dadurch ist es erstmals gelungen eine komfortable Wettervorhersage für das Internet zu präsentieren, die eine umfangreiche Analyse der kommenden Wetterlage erlaubt. Um die Anwendbarkeit der automatisierten Prozesskette zu demonstrieren, kann eine täglich aktualisierte interaktive Wettervorhersage für Europa unter folgender URL betrachtet werden: http://www.svg-weather.de

In Laufe der letzten zehn Jahre haben Scientific Workflows als Werkzeug zur Erstellung von reproduzierbaren, datenverarbeitenden in-silico Experimenten an Aufmerksamkeit gewonnen, in die sowohl lokale Skripte und Anwendungen, als auch Web-Services eingebunden werden können. Über spezialisierte Online-Bibliotheken, sogenannte Repositories, können solche Workflows veröffentlicht und wiederverwendet werden. Mit zunehmender Größe dieser Repositories werden Ähnlichkeitsmaße für Scientific Workflows notwendig, etwa für Duplikaterkennung, Ähnlichkeitssuche oder Clustering von funktional ähnlichen Workflows. Die vorliegende Arbeit untersucht solche Ähnlichkeitsmaße für Scientific Workflows. Als erstes untersuchen wir ähnlichkeitsrelevante Eigenschaften von Scientific Workflows und identifizieren Charakteristika der Wiederverwendung ihrer Komponenten. Als zweites analysieren und reimplementieren wir existierende Lösungen für den Vergleich von Scientific Workflows entlang definierter Teilschritte des Vergleichsprozesses. Wir erstellen einen großen Gold-Standard Corpus von Workflowähnlichkeiten, der über 2400 Bewertungen für 485 Workflowpaare enthält, die von 15 Experten aus 6 Institutionen beigetragen wurden. Zum ersten Mal erlauben diese Vorarbeiten eine umfassende, vergleichende Evaluation verschiedener Ähnlichkeitsmaße für Scientific Workflows, in der wir einige vorige Ergebnisse bestätigen, andere aber revidieren. Als drittes stellen wir ein neue Methode für das Vergleichen von Scientific Workflows vor. Unsere Evaluation zeigt, dass diese neue Methode bessere und konsistentere Ergebnisse liefert und leicht mit anderen Ansätzen kombiniert werden kann, um eine weitere Qualitätssteigerung zu erreichen. Als viertes zweigen wir, wie die Resultate aus den vorangegangenen Schritten genutzt werden können, um aus Standardkomponenten eine Suchmaschine für schnelle, qualitativ hochwertige Ähnlichkeitssuche im Repositorymaßstab zu implementieren. / Over the last decade, scientific workflows have gained attention as a valuable tool to create reproducible in-silico experiments. Specialized online repositories have emerged which allow such workflows to be shared and reused by the scientific community. With increasing size of these repositories, methods to compare scientific workflows regarding their functional similarity become a necessity. To allow duplicate detection, similarity search, or clustering, similarity measures for scientific workflows are an essential prerequisite. This thesis investigates similarity measures for scientific workflows. We carry out four consecutive research tasks: First, we closely investigate the relevant properties of scientific workflows regarding their similarity and identify characteristics of re-use of their components. Second, we review and dissect existing approaches to scientific workflow comparison into a defined set of subtasks necessary in the process of workflow comparison, and re-implement previous approaches to each subtask. We create a large gold-standard corpus of expert-ratings on workflow similarity, with more than 2400 ratings provided for 485 pairs of workflows by 15 workflow experts from 6 institutions. For the first time, this allows comprehensive, comparative evaluation of different scientific workflow similarity measures, confirming some previous findings, but rejecting others. Third, we propose and evaluate a novel method for scientific workflow comparison. We show that this novel method provides results of both higher quality and higher consistency than previous approaches, and can easily be stacked and ensembled with other approaches for still better performance and higher speed. Fourth, we show how our findings can be leveraged to implement a search engine using off-the-shelf tools that performs fast, high quality similarity search for scientific workflows at repository-scale, a premier area of application for similarity measures for scientific workflows.

Nuel Belnap schlug 1977 eine vierwertige Logik vor, die -- im Gegensatz zur klassischen Logik -- die Faehigkeit haben sollte, sowohl mit widerspruechlicher als auch mit fehlender Information umzugehen. Diese Logik hat jedoch den Nachteil, dass sie Saetze der Form 'wenn ..., dann ...' nicht ausdruecken kann. Ausgehend von dieser Beobachtung analysieren wir die beiden nichtklassischen Aspekte, Widerspruechlichkeit und fehlende Information, indem wir eine dreiwertige Logik entwickeln, die mit widerspruechlicher Information umgehen kann und eine Modallogik, die mit fehlender Information umgehen kann. Beide Logiken sind nicht monoton. Wir untersuchen Eigenschaften, wie z.B. Kompaktheit, Entscheidbarkeit, Deduktionstheoreme und Berechnungkomplexitaet dieser Logiken. Es stellt sich heraus, dass die dreiwertige Logik, nicht kompakt und ihre Folgerungsmenge im Allgemeinen nicht rekursiv aufzaehlbar ist. Beschraenkt man sich hingegen auf endliche Formelmengen, so ist die Folgerungsmenge rekursiv entscheidbar, liegt in der Klasse $\Sigma_2^P$ der polynomiellen Zeithierarchie und ist DIFFP-schwer. Wir geben ein auf semantischen Tableaux basierendes, korrektes und vollstaendiges Berechnungsverfahren fuer endliche Praemissenmengen an. Darueberhinaus untersuchen wir Abschwaechungen der Kompaktheitseigenschaft. Die nichtmonotone auf S5-Modellen basierende Modallogik stellt sich als nicht minder komplex heraus. Auch hier untersuchen wir eine sinnvolle Abschwaechung der Kompaktheitseigenschaft. Desweiteren studieren wir den Zusammenhang zu anderen nichtmonotonen Modallogiken wie Moores autoepistemischer Logik (AEL) und McDermotts NML-2. Wir zeigen, dass unsere Logik zwischen AEL und NML-2 liegt. Schliesslich koppeln wir die entworfene Modallogik mit der dreiwertigen Logik. Die dabei enstehende Logik MKT ist eine Erweiterung des nichtmonotonen Fragments von Belnaps Logik. Wir schliessen unsere Betrachtungen mit einem Vergleich von MKT und verschiedenen informationstheoretischen Logiken, wie z.B. Nelsons N und Heytings intuitionistischer Logik ab.

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Der Begriff ``Agent'''' hat sich als eine sehr nützliche Abstraktion erwiesen, um verschiedene Problembereiche auf eine intuitive und natürliche Art und Weise zu konzeptualisieren. Intelligente Agenten haben daher Anwendung gefunden in verschiedenen Teilbereichen der Informatik. Zur Modellierung werden intelligente Agenten meist als intentionale Systeme aufgefaßt und mit Hilfe von mentalistischen Begriffen wie Wissen, Glauben (oder Überzeugung), Wunsch, Pflicht, Intention usw. beschrieben. Unter diesen mentalen Begriffen gehören die epistemischen Begriffe (d.h., Wissen und Glauben) zu den wichtigsten und wurden auch am intensivsten untersucht. Zur Modellierung von Wissen und Glauben werden in der Regel modale epistemische Logiken verwendet. Solche Systeme sind aber nicht geeignet, um ressourcenbeschränkte Agenten zu beschreiben, weil sie zu starke Annahmen bezüglich der Rationalität von Agenten machen. Zum Beispiel wird angenommen, daß Agenten alle logischen Wahrheiten sowie alle Konsequenzen seines Wissens kennen. Dieses Problem ist bekannt als das Problem der logischen Allwissenheit (``logical omniscience problem''''). Da alle Agenten grundsätzlich nur über begrenzte Ressourcen (wie z.B. Zeit, Information, Speicherplatz) verfügen, können sie nur eine begrenzte Menge von Informationen verarbeiten. Daher müssen alternative Modelle entwickelt werden, um Agenten realistisch modellieren zu können (siehe Kapitel 2). Daß modale epistemische Logik für die Formalisierung des ressourcenbeschränkten Schließens (``resource-bounded reasoning'''') nicht geeignet ist, wird als ein offenes Problem der Agententheorien anerkannt. Es gibt bisher aber keine brauchbaren Alternativen zur Modallogik. Die meisten Ansätze zur Lösung des logischen Allwissenheitsproblems versuchen, Wissen und Glauben mit Hilfe schwacher Modallogiken zu beschreiben. Solche Versuche sind nicht befriedigend, da sie eine willkürliche Einschränkung der Rationalität der Agenten zur Folge haben (siehe Kapitel 3). Mein Ziel ist es, einen Rahmen für das ressourcenbeschränktes Schließen über Wissen und Glauben zu entwickeln. Damit soll eine solide Grundlage für Theorien intelligenter Agenten geschaffen werden. Als Nebenergebnis wird das logische Allwissenheitsproblem auf eine sehr intuitive Art und Weise gelöst: obwohl Agenten rational sind und alle logischen Schlußregeln anwenden können, sind sie nicht logisch allwissend, weil ihnen nicht genügend Ressourcen zu Verfügung stehen, um alle logischen Konsequenzen ihres Wissens zu ziehen. Im Kapitel 4 wird eine Reihe von Logiken vorgestellt, die den Begriff des expliziten Wissens formalisieren. Es wird eine Lösung des Problems der logischen Allwissenheit der epistemischen Logik vorgeschlagen, die die Rationalität der Agenten nicht willkürlich einschränkt. Der Grundgedanke dabei ist der folgende. Ein Agent kennt die logischen Konsequenzen seines Wissens nur dann, wenn er sie tatsächlich hergeleitet hat. Wenn ein Agent alle Prämissen einer gültigen Schlußregel kennt, kennt er nicht notwendigerweise die Konklusion: er kennt sie nur nach der Anwendung der Regel. Wenn er den Schluß nicht ziehen kann, z.B. weil er nicht die notwendigen Ressourcen dazu hat, wird sein Wissen nicht um diese herleitbare Information erweitert. Die Herleitung neuer Informationen wird als die Ausführung mentaler Handlungen aufgefaßt. Mit Hilfe einer Variante der dynamischen Logik können diese Handlungen beschrieben werden. Im Kapitel 5 werden Systeme für das ressourcenbeschränkte Schließen über Wissen und Glauben entwickelt, die auch quantitative Bedingungen über die Verfügbarkeit von Ressourcen modellieren können. Mit Hilfe dieser Logiken können Situationen beschrieben werden, wo Agenten innerhalb einer bestimmten Zeitspanne entscheiden müssen, welche Handlungen sie ausführen sollen. Der Ansatz besteht darin, epistemische Logik mit Komplexitätstheorie zu verbinden. Mit Hilfe einer Komplexitätsanalyse kann ein Agent feststellen, ob ein bestimmtes Problem innerhalb vorgegebener Zeit lösbar ist. Auf der Grundlage dieses Wissens kann er dann die für die Situation geeignete Entscheidung treffen. Damit ist es gelungen, eine direkte Verbindung zwischen dem Wissen eines Agenten und der Verfügbarkeit seiner Ressourcen herzustellen. / One of the principal goals of agent theories is to describe realistic, implementable agents, that is, those which have actually been constructed or are at least in principle implementable. That goal cannot be reached if the inherent resource-boundedness of agents is not treated correctly. Since the modal approach to epistemic logic is not suited to formalize resource-bounded reasoning, the issue of resource-boundedness remains one of the main foundational problems of any agent theory that is developed on the basis of modal epistemic logic. My work is an attempt to provide theories of agency with a more adequate epistemic foundation. It aims at developing theories of mental concepts that make much more realistic assumptions about agents than other theories. The guiding principle of my theory is that the capacities attributed to agents must be empirically verifiable, that is, it must be possible to construct artificial agents which satisfy the specifications determined by the theory. As a consequence, the unrealistic assumption that agents have unlimited reasoning capacities must be rejected. To achieve the goal of describing resource-bounded agents accurately, the cost of reasoning must be taken seriously. In the thesis I have developed a framework for modeling the relationship between knowledge, reasoning, and the availability of resources. I have argued that the correct form of an axiom for epistemic logic should be: if an agent knows all premises of a valid inference rule and if he performs the right reasoning, then he will know the conclusion as well. Because reasoning requires resources, it cannot be safely assumed that the agent can compute his knowledge if he does not have enough resources to perform the required reasoning. I have demonstrated that on the basis of that idea, the problems of traditional approaches can be avoided and rich epistemic logics can be developed which can account adequately for our intuitions about knowledge.

In dieser Arbeit werden P2P-Algorithmen in ressourcen-limitierten und irregulären Wireless-ad-hoc-Netzwerken (WAHN) betrachtet, die effizient, skalierbar und fehlertolerant in Situationen arbeiten sollen, in denen eine räumlich benachbarte Gruppe von Netzwerkknoten simultan ausfällt. Es wird ein fehlertolerantes Replikationsschema zur datenzentrischen Speicherung betrachtet, und eine selbstorganisierende, skalierbare Berechnung von Datenaggregaten zur Lösung des Konsensproblems. Existierende P2P-Algorithmen die Skalierbarkeit, Fehlertoleranz und Selbstorganisation in drahtgebundenen Netzen betrachten sind für die Klasse des WAHNs nicht geeignet weil sie Engpässe in WAHNs verursachen können und in Katastrophenmanagement-szenarien die Zuverlässigkeit der Daten nicht sicherstellen können. Die Verwendung von Informationen der geographischen Position von Knoten ist ein möglicher Weg, um die Effizienz und Skalierbarkeit von P2P-Anwendungen in drahtlosen Netzwerken zu verbessern. In dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz vorgestellt, wie auf effiziente Weise 1) Gebiet des Netzwerks, das die geographische Ausbreitung seiner Knoten umfasst, und 2) Gruppenzugehörigkeit, wobei jeder Knoten zu genau einer Gruppe innerhalb eines einstellbaren Gebietes gehört, erzeugt werden kann. Dadurch können: existierenden, skalierbare P2P Datenspeicheralgorithmen für WAHNs genutzt werden, effiziente, fehlertolerante Replikation erstellt werden, die Effizienz von geographischen Routing und der Suche nach Replikaten verbessert werden sowie, Anwendungen auf einen bestimmten geographischen Bereich innerhalb des WAHN beschränkt werden (z.B. im Aggregationsprotokoll). Die entwickelten Protokolle sind tolerant gegenüber Nachrichtenverlust und verwenden ausschließlich lokale Broadcast-Nachrichten. Das Protokoll wurde mit Simulationen untersucht, die auf realistischen Netzwerktopologien mit Anteilen an sehr spärlichen und sehr dichten Knotenansammlungen basieren. / This dissertation addresses the challenge of reaching efficiency, scalability and fault-tolerance by P2P algorithms for resource-limited and irregular wireless ad-hoc networks (WAHNs) in disaster management (DM) scenarios where a spatially correlated group of nodes may crash simultaneously. In particular, we consider a fault-tolerant replication scheme for data-centric storage and a self-organized, scalable calculation of localized data aggregates for solving the consensus problem. Existing Peer-to-Peer algorithms that address issues of scalability, fault tolerance and self-organization in wired networks are inadequate for the addressed systems, they may cause bottlenecks in WAHNs and use replication that abstracts from geographical location of replicas and cannot therefore supply data survivability in DM scenarios in WAHNs. Incorporating information on geographical location of nodes is a recognized way to increase the efficiency and scalability of P2P applications in wireless networks. This dissertation proposes to efficiently construct new position information in a location-aware WAHN, where each node knows its own location and location of its direct neighbors. The new information are: network area, which expresses the geographical area covered by the network, and group membership, where each node belongs to exactly one group that is placed over the area of a maximum defined size. Together, they enable the use of the existing, scalable P2P data store in WAHNs (Geographical Hash Table), allow design of efficient fault-tolerant replication for the assumed fault model, increase efficiency of geographic routing and replica search, and allow to limit the geographical extent of activity of any distributed application, as we show using an example of data aggregation protocol. Proposed protocols tolerate message loss and use local broadcast only. They are evaluated by simulation over irregular topologies following the node placement of the existing, large WAHNs.

Einst als Hilfssatz für Szemerédis Theorem entwickelt, hat sich das Regularitätslemma in den vergangenen drei Jahrzehnten als eines der wichtigsten Werkzeuge der Graphentheorie etabliert. Im Wesentlichen hat das Lemma zum Inhalt, dass dichte Graphen durch eine konstante Anzahl quasizufälliger, bipartiter Graphen approximiert werden können, wodurch zwischen deterministischen und zufälligen Graphen eine Brücke geschlagen wird. Da letztere viel einfacher zu handhaben sind, stellt diese Verbindung oftmals eine wertvolle Zusatzinformation dar. Vom Regularitätslemma ausgehend gliedert sich die vorliegende Arbeit in zwei Teile. Mit Fragestellungen der Extremalen Hypergraphentheorie beschäftigt sich der erste Teil der Arbeit. Es wird zunächst eine Version des Regularitätslemmas Hypergraphen angewandt, um asymptotisch scharfe Schranken für das Auftreten von Hamiltonkreisen in uniformen Hypergraphen mit hohem Minimalgrad herzuleiten. Nachgewiesen werden des Weiteren asymptotisch scharfe Schranken für die Existenz von perfekten und nahezu perfekten Matchings in uniformen Hypergraphen mit hohem Minimalgrad. Im zweiten Teil der Arbeit wird ein neuer, Szemerédis ursprüngliches Konzept generalisierender Regularitätsbegriff eingeführt. Diesbezüglich wird ein Algorithmus vorgestellt, welcher zu einem gegebenen Graphen ohne zu dichte induzierte Subgraphen eine reguläre Partition in polynomieller Zeit berechnet. Als eine Anwendung dieses Resultats wird gezeigt, dass das Problem MAX-CUT für die oben genannte Graphenklasse in polynomieller Zeit bis auf einen multiplikativen Faktor von (1+o(1)) approximierbar ist. Der Untersuchung von Chung, Graham und Wilson zu quasizufälligen Graphen folgend wird ferner der sich aus dem neuen Regularitätskonzept ergebende Begriff der Quasizufälligkeit studiert und in Hinsicht darauf eine Charakterisierung mittels Eigenwertseparation der normalisierten Laplaceschen Matrix angegeben. / Once invented as an auxiliary lemma for Szemerédi''s Theorem the regularity lemma has become one of the most powerful tools in graph theory in the last three decades which has been widely applied in several fields of mathematics and theoretical computer science. Roughly speaking the lemma asserts that dense graphs can be approximated by a constant number of bipartite quasi-random graphs, thus, it narrows the gap between deterministic and random graphs. Since the latter are much easier to handle this information is often very useful. With the regularity lemma as the starting point two roads diverge in this thesis aiming at applications of the concept of regularity on the one hand and clarification of several aspects of this concept on the other. In the first part we deal with questions from extremal hypergraph theory and foremost we will use a generalised version of Szemerédi''s regularity lemma for uniform hypergraphs to prove asymptotically sharp bounds on the minimum degree which ensure the existence of Hamilton cycles in uniform hypergraphs. Moreover, we derive (asymptotically sharp) bounds on minimum degrees of uniform hypergraphs which guarantee the appearance of perfect and nearly perfect matchings. In the second part a novel notion of regularity will be introduced which generalises Szemerédi''s original concept. Concerning this new concept we provide a polynomial time algorithm which computes a regular partition for given graphs without too dense induced subgraphs. As an application we show that for the above mentioned class of graphs the problem MAX-CUT can be approximated within a multiplicative factor of (1+o(1)) in polynomial time. Furthermore, pursuing the line of research of Chung, Graham and Wilson on quasi-random graphs we study the notion of quasi-randomness resulting from the new notion of regularity and concerning this we provide a characterisation in terms of eigenvalue separation of the normalised Laplacian matrix.

Die folgende Arbeit befasst sich mit den Untersuchungen von Problemen der Optimierung von Ressourcen in Umgebungen mit unvorhersehbarem Verhalten, wo: (i) nicht alle Informationen verfügbar sind, und (ii) die Umgebung unbekannte zeitliche Veränderungen aufweist. Diese Dissertation ist folgendermaßen gegliedert: Teil I stellt das Investitionsmodell vor. Es wird sowohl eine analytische als auch eine numerische Analyse der Dynamik dieses Modells für feste Investitionsstrategien in verschiedenen zufälligen Umgebungen vorgestellt. In diesem Investitionsmodell hängt die Dynamik des Budgets des Agenten x(t) von der Zufälligkeit der exogenen Rendite r(t) ab, wofür verschiedene Annahmen diskutiert wurden. Die Heavy-tailed Verteilung des Budgets wurde numerisch untersucht und mit theoretischen Vorhersagen verglichen. In Teil II wurde ein Investitionsszenario mit stilisierten exogenen Renditen untersucht, das durch eine periodische Funktion mit verschiedenen Arten und Stärken von Rauschen charakterisiert ist. In diesem Szenario wurden unterschiedliche Strategien, Agenten-Verhalten und Agenten Fähigkeiten zur Vorhersage der zukünftigen r(t) untersucht. Hier wurden Null-intelligenz-Agenten, die über technischen Analysen verfügen, mit Agenten, die über genetischen Algorithmen verfügen, verglichen. Umfangreiche Ergebnisse von Computersimulationen wurden präsentiert, in denen nachgewiesen wurde, dass für exogene Renditen mit Periodizität: (i) das wagemutige das vorsichtige Verhalten überbietet, und (ii) die genetischen Algorithmen in der Lage sind, die optimalen Investitionsstrategien zu finden und deshalb die anderen Strategien überbieten. Obwohl der Schwerpunkt dieser Dissertation im Zusammenhang mit dem Gebiet der Informatik präsentiert wurde, können die hier vorgestellten Ergebnisse auch in Szenarien angewendet werden, in denen der Agent anderere Arten von Ressourcen steuern muss, wie z.B. Energie, Zeitverbrauch, erwartete Lebensdauer, etc. / The main goal of this PhD thesis is to investigate some of the problems related to optimization of resources in environments with unpredictable behavior where: (i) not all information is available and (ii) the environment presents unknown temporal changes. The investigations in this PhD thesis are divided in two parts: Part I presents the investment model and some analytical as well as numerical analysis of the dynamics of this model for fixed investment strategies in different random environments. In this investment model, the dynamics of the investor''s budget x(t) depend on the stochasticity of the exogenous return on investment r(t) for which different model assumptions are discussed. The fat-tail distribution of the budget is investigated numerically and compared with theoretical predictions. Part II investigates an investment scenario with stylized exogenous returns characterized by a periodic function with different types and levels of noise. In this scenario, different strategies, agent''s behaviors and agent''s capacities to predict the future r(t) are investigated. Here, ''zero-intelligent'' agents using technical analysis (such as moving least squares) are compared with agents using genetic algorithms to predict r(t). Results are presented for extensive computer simulations, which shows that for exogenous returns with periodicity: (i) the daring behavior outperforms the cautious behavior and (ii) the genetic algorithm is able to find the optimal investment strategy by itself, thus outperforming the other strategies considered. Finally, the investment model is extended to include the formation of common investment projects between agents. Although the main focus of this PhD thesis is more related to the area of computer science, the results presented here can be also applied to scenarios where the agent has to control other kinds of resources, such as energy, time consumption, expected life time, etc.

In dieser Arbeit schlagen wir die Verwendung von materialisierten Anfragen als Indexstruktur für RDF-Daten vor. Wir streben eine Reduktion der Bearbeitungszeit durch die Minimierung der Anzahl der Vergleiche zwischen Anfrage und RDF Datenmenge an. Darüberhinaus betonen wir die Rolle von Kostenmodellen und Indizes für die Auswahl eines efizienten Ausführungsplans in Abhängigkeit vom Workload. Wir geben einen Überblick über das Problem der Auswahl von materialisierten Anfragen in relationalen Datenbanken und diskutieren ihre Anwendung zur Optimierung der Anfrageverarbeitung. Wir stellen RDFMatView als Framework für SPARQL-Anfragen vor. RDFMatView benutzt materializierte Anfragen als Indizes und enthalt Algorithmen, um geeignete Indizes fur eine gegebene Anfrage zu finden und sie in Ausführungspläne zu integrieren. Die Auswahl eines effizienten Ausführungsplan ist das zweite Thema dieser Arbeit. Wir führen drei verschiedene Kostenmodelle für die Verarbeitung von SPARQL Anfragen ein. Ein detaillierter Vergleich der Kostmodelle zeigt, dass ein auf Index-- und Prädikat--Statistiken beruhendes Modell die genauesten Informationen liefert, um einen effizienten Ausführungsplan auszuwählen. Die Evaluation zeigt, dass unsere Methode die Anfragebearbeitungszeit im Vergleich zu unoptimierten SPARQL--Anfragen um mehrere Größenordnungen reduziert. Schließlich schlagen wir eine einfache, aber effektive Strategie für das Problem der Auswahl von materialisierten Anfragen über RDF-Daten vor. Ausgehend von einem bestimmten Workload werden algorithmisch diejenigen Indizes augewählt, die die Bearbeitungszeit des gesamten Workload minimieren sollen. Dann erstellen wir auf der Basis von Anfragemustern eine Menge von Index--Kandidaten und suchen in dieser Menge Zusammenhangskomponenten. Unsere Auswertung zeigt, dass unsere Methode zur Auswahl von Indizes im Vergleich zu anderen, die größten Einsparungen in der Anfragebearbeitungszeit liefert. / In this thesis, we propose to use materialized queries as a special index structure for RDF data. We strive to reduce the query processing time by minimizing the number of comparisons between the query and the RDF dataset. We also emphasize the role of cost models in the selection of execution plans as well as index sets for a given workload. We provide an overview of the materialized view selection problem in relational databases and discuss its application for optimization of query processing. We introduce RDFMatView, a framework for answering SPARQL queries using materialized views as indexes. We provide algorithms to discover those indexes that can be used to process a given query and we develop different strategies to integrate these views in query execution plans. The selection of an efficient execution plan states the topic of our second major contribution. We introduce three different cost models designed for SPARQL query processing with materialized views. A detailed comparison of these models reveals that a model based on index and predicate statistics provides the most accurate cost estimation. We show that selecting an execution plan using this cost model yields a reduction of processing time with several orders of magnitude compared to standard SPARQL query processing. Finally, we propose a simple yet effective strategy for the materialized view selection problem applied to RDF data. Based on a given workload of SPARQL queries we provide algorithms for selecting a set of indexes that minimizes the workload processing time. We create a candidate index by retrieving all connected components from query patterns. Our evaluation shows that using the set of suggested indexes usually achieves larger runtime savings than other index sets regarding the given workload.

In dieser Arbeit untersuchen wir Algorithmen für Scheduling-Probleme. Wir betrachten semi-online Makespan-Scheduling und generalisiertes Bin Covering. Im online Makespan- Scheduling-Problem sind m Maschinen und n Jobs gegeben, wobei letztere jeweils eine individuelle Bearbeitungszeit haben. Es wird zu jedem Zeitpunkt ein Job offengelegt und muss sofort und unwiderruflich einer Maschine zugewiesen werden, ohne Wissen über zukünftige Jobs. Die Last einer Maschine wird als die Summe der Bearbeitungszeiten der ihr zugewiesenen Jobs definiert. Das Ziel ist es, eine Zuweisung von Jobs zu Maschinen zu finden, sodass die höchste Last einer Maschine minimiert wird. Im semi-online Scheduling-Modell wird dieses strikte Szenario relaxiert. Wir untersuchen drei verschied- ene Modelle. Im ersten ist uns die kumulierte Bearbeitungszeit der Jobs vor Ankunft der einzelnen Jobs bekannt. Im zweiten Modell dürfen wir bis zu einem gewissen Grade bereits zugewiesene Jobs anderen Maschinen neu zuordnen.Im dritten semi-online Scheduling-Modell darf ein Algorithmus mehrere Lösungen parallel konstruieren, von denen die beste ausgegeben wird. Beim generalisierten Bin Covering sind uns m Bintypen und n Objekte gegeben. Ein Bintyp Mj hat einen Bedarf dj und einen Profit rj. Jedes Objekt Jt hat eine Größe pt. Ein Bin vom Typ Mj heißt abgedeckt, wenn die Summe der Größen der ihm zugewiesenen Objekte mindestens dj ist. Wenn ein Bin vom Typ Mj abgedeckt ist, erzielen wir einen Profit von rj. Ziel ist es, die Objekte Bins zuzuweisen, sodass der erzielte Gesamtprofit maximiert wird. Wir untersuchen zwei Modelle, die sich in der Verfügbarkeit von Bintypen unterscheiden. Im Unit-Supply-Modell steht uns von jedem Bintyp genau ein Bin zur Verfügung. Im Gegensatz dazu stehen uns im Infinite-Supply-Modell von jedem Bintyp beliebig viele Bins zur Verfügung. Das Unit-Supply-Modell ist daher eine Verallgemeinerung des Infinite-Supply-Modells. Für alle Modelle zeigen wir beinahe scharfe obere und untere Schranken. / In this thesis we study algorithms for scheduling problems. We investigate semi-online minimum makespan scheduling and generalized bin covering. In online minimum makespan scheduling we are given a set of m machines and n jobs, where each job Jt is specified by a processing time. The jobs arrive one by one and we have to assign them to the machines without any knowledge about future incoming jobs. The load of a machine is defined to be total processing time of the assigned jobs. The goal is to place the jobs on the machines such that the maximum load of a machine is minimized. In semi-online minimum makespan scheduling this strict setting is softened. We investigate three different models. In the first setting an algorithm is given an advice on the total processing time of the jobs. In the second setting we may reassign jobs upto a limited amount. The third semi-online setting we study is minimum makespan scheduling with parallel schedules. In this problem an algorithm may maintain several schedules, the best of which is output after the arrival of the entire job sequence. In generalized bin covering we are given m bin types and n items. Each bin type Mj is specified by a demand dj and a revenue rj. Each item Jt has a size pj. A bin of type Mj is said to be covered if the total size of the assigned items is at least the demand dj. Then the revenue rj is earned. The goal is to find an assignment of items to bins maximizing the total obtained revenue. We study two models of bin supply. In the unit supply model there is only one bin of each type available. By contrast in the infinite supply model each bin type is available arbitrarily often, and hence the former is a generalization of the latter. We provide nearly tight upper and lower bounds for all models.