Ulm, Univ., Diss., 2007.

Zugl.: Sankt Gallen, Univ., Diss., 2009

Techn. University, Diss., 2005--Darmstadt.

Techn. University, Diss., 2005--Darmstadt.

This thesis presents the mixed integer bilevel programming problems where some optimality conditions and solution algorithms are derived. Bilevel programming problems are optimization problems which are partly constrained by another optimization problem. The theoretical part of this dissertation is mainly based on the investigation of optimality conditions of mixed integer bilevel program. Taking into account both approaches (optimistic and pessimistic) which have been developed in the literature to deal with this type of problem, we derive some conditions for the existence of solutions. After that, we are able to discuss local optimality conditions using tools of variational analysis for each different approach. Moreover, bilevel optimization problems with semidefinite programming in the lower level are considered in order to formulate more optimality conditions for the mixed integer bilevel program. We end the thesis by developing some algorithms based on the theory presented

Scripting languages are extraordinarily popular due to their very flexible object model. Dynamic extensions (i.e., adding, removing and manipulating behavior and state) allow for the evolution and adaption of objects to context changes at runtime. Introducing this flexibility into a statically typed, object-oriented language would improve programmability and separation of concerns beyond the level of what one could usually gain with inheritance, mixins, traits or manually adapted designpatterns. They often lead to object-schizophrenia or the need for hand-crafted, additional management code. Although there were already attempts bringing flexible objects into statically typed languages with the benefits of an explicitly crafted core calculus or type system, they need their own compiler and tooling which limits the usability, e.g., when dealing with existing legacy code. This work presents an embedding of dynamically evolving objects via a lightweight library approach, which is pure in the sense, that there is no need for a specific compiler or tooling. It is written in Scala, which is both a modern object-oriented and functional programming language. Our approach is promising to solve practical problems arising in the area of dynamical extensibility and adaption like role-based programming.

In the ever-evolving world of modern software engineering, dynamic and context-dependent adaptability becomes increasingly important. A promising new paradigm that has been proposed is role-oriented programming, an extension of object-oriented programming which allows collaborative relationships of objects to be modeled. Through the introduction of roles and contexts, the behavior of objects can be adapted at run-time via addition or modification of attributes and methods. This dynamism however incurs a high overhead, especially in the area of role function invocation. Recent research has found a remedy inspired by polymorphic inline caches, allowing reuse of so-called dispatch plans which encode the steps directly required for the execution of adaptations. With this optimization, an average speedup of 4.0× was achieved in static contexts and 1.1× in variable contexts. Still, performance sharply drops off at a certain degree of volatility as a consequence of cache capacity exhaustion. This thesis presents a fallback mechanism that is to be used at highly variable call sites which would normally cause a significant slowdown with the new approach. In addition, an optimized reuse mechanism is proposed, further improving execution efficiency. Evaluation through benchmarking shows complete elimination of the aforementioned overhead, meaning a speedup of 16.5×, while the previously achieved speedup is maintained.

In einer Zeit der Digitalisierung nimmt die Relevanz des Programmierens in Entwicklungsumgebungen wie Unity immer mehr zu. Zeitgleich werden Game Based Learning Anwendungen immer häufiger zum Erlernen neuer Inhalte eingesetzt. Solche Anwendungen sind für viele Programmiersprachen zu finden, allerdings gibt es kein einziges, frei zugängliches Produkt, das als Unity-Programmierspiel bezeichnet werden kann, welches anhand einer zusammenhängenden Story und eines klar definierten, roten Fadens Unity-spezifische Lerninhalte vermittelt. Das Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, ein Simulationsspiel für das Erlernen der Unity-spezifischen Programmierparadigmen zu entwickeln. Dazu wird die folgende Forschungsfrage gestellt: „Wie kann eine Digital Game Based Learning Anwendung zum Erlernen der Programmierung in der Unity-Engine gestaltet werden, sodass sie benutzerfreundlich, motivierend und erweiterbar ist?“ Um diese zu beantworten, wurden zehn User Experience Tests zur Evaluierung des jeweiligen Entwicklungsstadiums durchgeführt, wobei die Probanden bei ihrem Umgang mit der Anwendung beobachtet und nach ihrer User Experience befragt wurden. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse wurde die Anwendung iterativ verbessert und weiterentwickelt. Das dabei entstandene Ergebnis zeichnet sich in seiner Benutzerfreundlichkeit vor allem durch die Nutzung bereits zielgruppenbasiert bekannter Funktionalitäten, Reiz-Reduzierung, der Vorbeugung von Missverständnissen, ausführliche Feedbacks auf Fehler, genauen Erklärungen der Features und barrierefreie Lösungen aus. Die Motivationsgestaltung der entwickelten Anwendung basiert zum einen auf einer emotionalen Bindung zwischen dem Spieler und der Story/Spielfigur, sowie dem Ehrgeiz, sich ständig zu verbessern und zu überbieten. Entscheidend für die Erweiterbarkeit war es, die Anwendung, welche von Unity-spezifischer Programmierung handelt, auch in der Unity-Engine zu entwickeln. Automatisierungen und die Vereinheitlichung von Spielzielen, sowie die Eindämmung von Fehlerquellen hatten bei der Entwicklung der Anwendung eine hohe Relevanz. Dies zeigt einen möglichen Weg, wie eine solche, in diesem Kontext bisher einzigartige Digital Game Based Learning Anwendung gestaltet sein kann und ist Grundlage für weitere Forschungen, die insbesondere den möglichen Lernerfolg untersuchen sollten.:0. Einleitung 0.0 Motivation 0.1 Zielsetzung, Methodik und Aufbau 1. Grundlagen 1.0 Begriffserklärungen 1.0.0 Spiel (engl. ‚Game‘) 1.0.1 (Digital) Lernen 1.0.2 (Digital) Game Based Learning 1.0.3 Gamification 1.0.4 Serious Game 1.0.5 (Game) Flow 1.0.6 (Game) User Experience 1.1 Unity und C# 1.1.0 Unity 1.1.1 C# 1.2 Neurologische Grundlagen nach Celia Hodent 1.2.0 Wahrnehmung 1.2.1 Erinnerung 1.2.2 Aufmerksamkeit 1.2.3 Motivation 1.2.4 Emotion 2. Programmieren lernen am Beispiel von Unity 2.0 Motivation 2.1 Methoden 2.1.0 Suchmaschinen und Foren 2.1.1 Videos 2.1.2 Bücher 2.1.3 Unterricht 2.1.4 Digitale Spiele 3. Analyse vorhandener GBL-Konzepte 3.0 Pony Island 3.1 SQL Island 3.2 SoloLearn 3.3 Swift Playgrounds 3.4 CodinGame 3.5 Zusammenfassung 4. Zwischenfazit 5. Eigenes Spielkonzept ‚ENC#YPTED‘ 5.0 Zielgruppe 5.1 Lernziele 5.2 Story 5.3 Design 5.4 Features 5.5 Technische Umsetzung 5.6 Genutzte Ressourcen und Programme 6. Umsetzung des eigenen Spiels 6.0 Prototyp V1 – Grundfunktionalitäten 6.1 Prototyp V2 - Erweiterungen 6.2 Prototyp V3 - UX-Tests 6.2.0 UX-Test #1 vom 13.11.2019 (Entwicklung bis UX-Test #2) 6.2.1 UX-Test #2 vom 27.11.2019 (Entwicklung bis UX-Test #3) 6.2.2 UX-Test #3 vom 06.12.2019 (Entwicklung bis UX-Test #4) 6.2.3 UX-Test #4 vom 11.12.2019 (Entwicklung bis UX-Test #5) 6.2.4 UX-Test #5 vom 12.12.2019 (Entwicklung bis UX-Test #6) 6.2.5 UX-Test #6 vom 25.12.2019 (Entwicklung bis UX-Test #7) 6.2.6 UX-Test #7 vom 31.12.2019 (Entwicklung bis UX-Test #8) 6.2.7 UX-Test #8 vom 06.01.2020 6.2.8 UX-Test #9 vom 09.01.2020 (Entwicklung bis UX-Test #10) 6.2.9 UX-Test #10 vom 06.02.2020 (Entwicklung bis 10.02.2020) 7. Fazit 7.0 Entwicklungsausblick 7.1 Reflexion 8. Anhang 8.0 UX-Tests 8.1 Unity Foren Beiträge 8.2 Source Code Auszug 8.3 Selbstständigkeitserklärung I. Literaturverzeichnis II. Abbildungsverzeichnis III. Tabellenverzeichnis

Das Metabolische Syndrom (MetSyn) ist gekennzeichnet durch eine Kombination verschiedener kardiovaskulärer Risikofaktoren: Glukoseintoleranz, Adipositas, Dyslipidämie sowie arterielle Hypertonie. Es gilt beim Menschen als eine der Hauptursachen für Herzkreislauferkrankungen und befindet sich weltweit auf enormem Vormarsch. Die Weichen für die Erkrankung werden zum Teil schon vor der Geburt durch eine veränderte Umwelt in utero gestellt. So können Stress oder eine Glukokortikoidbehandlung während der Schwangerschaft zu einem veränderten Phänotyp des Embryos/Fetus führen - mit Konsequenzen für das gesamte spätere Leben. Dieses Phänomen wird als pränatale Programmierung bezeichnet. Neben diesen epigenetischen Effekten spielen u. a. auch geschlechtsabhängige Faktoren eine Rolle für das Risiko, am MetSyn zu erkranken. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den Auswirkungen einer Glukokortikoidbehandlung in der frühen Trächtigkeit sowie dem Einfluss des Geschlechts auf kardiovaskuläre Risikofaktoren im Erwachsenenalter. Als Modelltier für die Studie wurde der Weißbüschelaffe eingesetzt. In einem 2002 stattgefundenen Vorversuch im Deutschen Primatenzentrum in Göttingen wurde tragenden Tieren (F0) eine Woche lang täglich oral Dexamethason verabreicht. Dieses synthetische Glukokortikoid kann die Plazentaschranke passieren. Die drei folgenden in Leipzig gehaltenen Generationen DexF1/2/3W (weibliche Tiere, n = 4/6/2) und DexF2/3M (männliche Tiere, n = 2/4) gingen in die Untersuchung ein. Tiere, die keine Nachkommen der F0-Generation darstellten, bildeten jeweils eine weibliche (ControlW, n = 11) und eine männliche (ControlM, n = 15) Kontrollgruppe und wurden ebenfalls herangezogen, um die Auswirkungen des Geschlechts auf die untersuchten Parameter zu ermitteln. Es wurde ein oraler Glukosetoleranztest (OGTT) durchgeführt (inklusive der Erfassung der Insulinwerte), der Quantitative Insulin Sensitivity Check Index (QUICKI – Maß für die Insulinsensitivität) berechnet sowie Lipidstoffwechselparameter bestimmt. Außerdem fanden wöchentlich Erfassungen des Körpergewichts statt. In mehreren Sitzungen pro Tier wurde der Blutdruck gemessen. Die statistische Auswertung erfolgte mittels Mann-Whitney-U-Test für unabhängige Stichproben. Unterschiede mit einer Irrtumswahrscheinlichkeit p ≤ 0,05 wurden als signifikant angesehen. Im OGTT wies DexF1W im Vergleich zu ControlW 120 Minuten nach oraler Glukoseapplikation eine signifikant niedrigere Insulinkonzentration auf. Da nach 30 und 120 Minuten auch die Glukosekonzentration signifikant erniedrigt war, ist jedoch nicht von einer klinischen Relevanz auszugehen. Weitere Auswirkungen der Dexamethasonapplikation auf die F1- bis F3-Generation konnten nicht beobachtet werden. Beim Vergleich der weiblichen und männlichen Nachkommen unbehandelter Weißbüschelaffen fiel auf, dass weibliche Tiere signifikant höhere Insulinkonzentrationen und damit eine signifikant größere Insulin-AUC (Fläche unter der Kurve) im OGTT zeigten. Ihr QUICKI war signifikant niedriger. Hyperinsulinämie und niedriger QUICKI stellen Symptome einer gestörten Glukoseregulation dar. Die weiblichen Tiere zeigten außerdem eine signifikante Erhöhung hinsichtlich Körpergewicht, VLDL-Triglycerid- und folglich Plasmatriglyceridkonzentrationen. Ihre HDL-Cholesterolwerte waren signifikant niedriger. Diese Kombination einer Hypertriglyceridämie mit niedrigem HDL-Cholesterol wird als atherogene Dyslipidämie bezeichnet. Eine gestörte Glukosehomöostase, eine Adipositas sowie eine atherogene Dyslipidämie stellen kardiovaskuläre Risikofaktoren und wichtige Komponenten des MetSyn dar. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass beim Weißbüschelaffen eine Glukokortikoidbehandlung während der frühen Trächtigkeit nicht zum MetSyn der F1- bis F3-Generationen im Erwachsenenalter führte. Hingegen ergab die Untersuchung auf ein geschlechtsabhängiges Erkrankungsrisiko eine eindeutige Prädisposition bei den weiblichen Tieren. Die zu Grunde liegenden Mechanismen dieses Phänomens bleiben Gegenstand weiterer Untersuchungen. / The metabolic syndrome (MetSyn) consists of a cluster of metabolic disorders, characterized by glucose intolerance, obesity, dyslipidemia and hypertension. In humans, it is a major cause for cardiovascular disease. Its worldwide prevalence is increasing. The way for the disease can be paved even before birth. An adverse intrauterine environment due to prenatal stress or an iatrogenic overexposure of the fetus to glucocorticoids can lead to an altered phenotype with consequences for later life. This phenomenon is called prenatal programming. In addition gender specific factors play a leading role for the risk of developing MetSyn. The aim of the present study was to investigate the influence of a glucocorticoid application in early pregnancy and gender on cardiovascular risk factors in adulthood. The common marmoset was used as model species. In a preliminary experiment (2002) at the german primate centre (Göttingen) animals (F0) were orally treated with dexamethasone for one week during early pregnancy. Dexamethasone is a synthetic glucocorticoid that can pass the placental barrier. The following three generation offspring, reared in Leipzig, DexF1/2/3W (female animal, n = 4/6/2) and DexF2/3M (male animal, n = 2/4) were regarded. Animals that were no descendants of the F0 generation built a female (ControlW, n = 11) and a male (ControlM, n = 15) control group and were also regarded for gender-specific risk for MetSyn. An oral glucose tolerance test (OGTT) was carried out (including measurements of insulin concentration), the Quantitative Insulin Sensitivity Check Index (QUICKI – measure of insulin sensitivity) was calculated and parameters of lipid metabolism were investigated. Furthermore, all animals were weighed weekly and blood pressure was monitored at a series of meetings. Statistical analysis was performed by Mann-Whitney-U-Test for independent samples. The level of significance was defined at p ≤ 0.05. DexF1W in comparison to ControlW had a significantly lower insulin concentration 120 minutes after glucose application in the OGTT and a significantly lower glucose concentration 30 and 120 minutes after reaching the sugar solution. These findings did not seem to be clinically relevant. Apart from that, no consequences could be determined in the F1-3 generation offspring after dexamethasone treatment in pregnancy. Regarding gender comparison of untreated common marmosets, female animals had significantly higher insulin concentrations in OGTT and therefore a significantly greater insulin AUC (area under the curve). QUICKI was significantly lower. Hyperinsulinemia and a low QUICKI are symptoms of an impaired glucose regulation. Furthermore, the female animals showed an increase in body weight, VLDL triglycerides and therefore total triglycerides. HDL cholesterol was significantly lower. Hypertriglyceridemia in combination with low HDL cholesterol is called atherogenic dyslipidemia. A disturbed glucose homeostasis, obesity and an atherogenic dyslipidemia are cardiovascular risk factors and important components of MetSyn. In summary, dexamethasone applied in early pregnancy did not lead to metabolic syndrome in the F1-F3 generation offspring of common marmoset in adulthood. However, the female gender was associated with a higher risk of developing the disease. The underlying mechanisms require further investigation.

Die Arbeit diskutiert Lösungsvarianten und beschreibt die Implementation eines Prototyps zur Re-Organisation der Nutzerverwaltung des URZ. Besondere Schwerpunkte liegen auf der Erstellung eines Web-Interfaces zur Datenverwaltung und auf der Untersuchung relationaler Datenbanksysteme hinsichtlich der Eignung zur Lösung der Aufgabe. Der Prototyp stellt lediglich eine beispielhafte Implementierung einiger Teilkomplexe des Gesamtsystems dar.