Spreadsheets are very successful content generation tools, used in almost every enterprise to create a wealth of information. However, this information is often intermingled with various formatting, layout, and textual metadata, making it hard to identify and interpret the tabular payload. Previous works proposed to solve this problem by mainly using heuristics. Although fast to implement, these approaches fail to capture the high variability of user-generated spreadsheet tables. Therefore, in this paper, we propose a supervised approach that is able to adapt to arbitrary spreadsheet datasets. We use a graph model to represent the contents of a sheet, which carries layout and spatial features. Subsequently, we apply genetic-based approaches for graph partitioning, to recognize the parts of the graph corresponding to tables in the sheet. The search for tables is guided by an objective function, which is tuned to match the specific characteristics of a given dataset. We present the feasibility of this approach with an experimental evaluation, on a large, real-world spreadsheet corpus.

Serienfertiger im Bereich der Innenhochdruck-Umformung stehen unter starkem Wettbewerbsdruck alternativer klassischer Fertigungen und deren Kostenkriterien. Wechselnde Produktionsanforderungen im globalisierten Marktumfeld erfordern flexibles Handeln bei höchster Qualität und niedrigen Kosten. Durch Reduzierung der Lager- und Umlaufbestände können Kosteneinsparungen erzielt werden. Störungsbedingte Ausfälle an IHU-Anlagen gilt es dabei auf ein Minimum zu reduzieren, um die vereinbarten Liefertermine fristgerecht zu erfüllen und Konventionalstrafen zu umgehen. Die erforderliche Produktivität und das angestrebte Qualitätsniveau lässt sich nur durch angepasste Instandhaltungsstrategien aufrechterhalten, weshalb ein Konzept für die vorausschauende Instandhaltung mit integriertem Qualitätsmanagement speziell für den Bereich der IHU erarbeitet wurde. Dynamische Prozess- und Instandhaltungsanpassungen sind zentraler Bestandteil der Entwicklungsarbeit.

Series manufacturers in the field of hydroforming face intense competition from alternative conventional manufacturing methods and their cost criteria. Changing production requirements in the globalized market environment require flexible action with highest quality and low costs. Cost savings can be achieved through reductions in warehouse and circulating stocks. Malfunction-related downtimes in hydroforming systems must be reduced to a minimum in order to meet the agreed delivery dates on time and avoid conventional penalties. The required productivity and the desired quality level can only be maintained through adapted maintenance strategies, leading to the development of a concept for predictive maintenance integrated with quality management specifically for the IHU domain. Dynamic process and maintenance adaptations are a central component to this developmental effort.

Falls are responsible for a large proportion of serious injuries and deaths among cyclists [1-4]. A common fall scenario is loss of balance during an emergency braking maneuver to avoid another vehicle [5-7]. Automated Vehicles (AV) have the potential to prevent these critical scenarios between bicycle and cars. However, current Threat Assessment Algorithms (TAA) used by AVs only consider collision avoidance to decide upon safe gaps and decelerations when interacting wih cyclists and do not consider bicycle specific balance-related constraints. To date, no studies have addressed this risk of falls in safety critical scenarios. Yet, given the bicycle dynamics, we hypothesized that the existing TAA may be inaccurate in predicting the threat of cyclist falls and misclassify unsafe interactions. To test this hypothesis, this study developed a simple Newtonian mechanics-based model that calculates the performance of two existing TAAs in four critical scenarios with two road conditions. Tue four scenarios are: (1) a crossing scenario and a bicycle following lead car scenario in which the car either (2) suddenly braked, (3) halted or (4) accelerated from standstill. These scenarios have been identified by bicycle-car conflict studies as common scenarios where the car driver elicits an emergency braking response of the cyclist [8-11] and are illustrated in Figure 1. The two TAAs are Time-to-Collision (TTC) and Headway (H). These TAAs are commonly used by AVs in the four critical scenarios that will be modelled. The two road conditions are a flat dry road and also a downhill wet road, which serves as a worst-case condition for loss of balance during emergency braking [12].

Efficient discovery of frequent itemsets in large datasets is a key component of many data mining tasks. In-core algorithms---which operate entirely in main memory and avoid expensive disk accesses---and in particular the prefix tree-based algorithm FP-growth are generally among the most efficient of the available algorithms. Unfortunately, their excessive memory requirements render them inapplicable for large datasets with many distinct items and/or itemsets of high cardinality. To overcome this limitation, we propose two novel data structures---the CFP-tree and the CFP-array---, which reduce memory consumption by about an order of magnitude. This allows us to process significantly larger datasets in main memory than previously possible. Our data structures are based on structural modifications of the prefix tree that increase compressability, an optimized physical representation, lightweight compression techniques, and intelligent node ordering and indexing. Experiments with both real-world and synthetic datasets show the effectiveness of our approach.

Frequent-itemset mining is an essential part of the association rule mining process, which has many application areas. It is a computation and memory intensive task with many opportunities for optimization. Many efficient sequential and parallel algorithms were proposed in the recent years. Most of the parallel algorithms, however, cannot cope with the huge number of threads that are provided by large multiprocessor or many-core systems. In this paper, we provide a highly parallel version of the well-known Eclat algorithm. It runs on both, multiprocessor systems and many-core coprocessors, and scales well up to a very large number of threads---244 in our experiments. To evaluate mcEclat's performance, we conducted many experiments on realistic datasets. mcEclat achieves high speedups of up to 11.5x and 100x on a 12-core multiprocessor system and a 61-core Xeon Phi many-core coprocessor, respectively. Furthermore, mcEclat is competitive with highly optimized existing frequent-itemset mining implementations taken from the FIMI repository.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Schnittebenenverfahren, einer Gruppe von iterativen Algorithmen zur Minimierung einer (möglicherweise nicht glatten) konvexen Funktion über einer kompakten konvexen Menge. Wir betrachten zwei prominente Beispiele, nämlich die Ellipsoidmethode und die Methode der Vaidya, und zeigen, dass ihre Konvergenzrate auch bei Verwendung eines ungenauen Orakels erhalten bleibt. Darüber hinaus zeigen wir, dass es möglich ist, diese Methoden im Rahmen der stochastischen Optimierung effizient zu nutzen. Eine andere Richtung, in der Schnittebenenverfahren nützlich sein können, sind duale Probleme. In der Regel können die Zielfunktion und ihre Ableitungen bei solchen Problemen nur näherungsweise berechnet werden. Daher ist die Unempfindlichkeit der Methoden gegenüber Fehlern in den Subgradienten von großem Nutzen. Als Anwendungsbeispiel schlagen wir eine linear konvergierende duale Methode für einen Markow-Entscheidungsprozess mit Nebenbedienungen vor, die auf der Methode der Vaidya basiert. Wir demonstrieren die Leistungsfähigkeit der vorgeschlagenen Methode in einem einfachen RL Problem. Die Arbeit untersucht auch das Konzept der Genauigkeitszertifikate für konvexe Minimierungsprobleme. Zertifikate ermöglichen die Online-Überprüfung der Genauigkeit von Näherungslösungen. In dieser Arbeit verallgemeinern wir den Begriff der Genauigkeitszertifikate für die Situation eines ungenauen Orakels erster Ordnung. Darüber hinaus schlagen wir einen expliziten Weg zur Konstruktion von Genauigkeitszertifikaten für eine große Klasse von Schnittebenenverfahren vor. Als Nebenprodukt zeigen wir, dass die betrachteten Methoden effizient mit einem verrauschten Orakel verwendet werden können, obwohl sie ursprünglich für ein exaktes Orakel entwickelt wurden. Schließlich untersuchen wir die vorgeschlagenen Zertifikate in numerischen Experimenten und zeigen, dass sie eine enge obere Schranke für das objektive Residuum liefern. / The present thesis studies cutting plane methods, which are a group of iterative algorithms for minimizing a (possibly nonsmooth) convex function over a compact convex set. We consider two prominent examples, namely, the ellipsoid method and Vaidya's method, and show that their convergence rate is preserved even when an inexact oracle is used. Furthermore, we demonstrate that it is possible to use these methods in the context of stochastic optimization efficiently. Another direction where cutting plane methods can be useful is Lagrange dual problems. Commonly, the objective and its derivatives can only be computed approximately in such problems. Thus, the methods' insensitivity to error in subgradients comes in handy. As an application example, we propose a linearly converging dual method for a constrained Markov decision process (CMDP) based on Vaidya's algorithm. We demonstrate the performance of the proposed method in a simple RL environment. The work also investigates the concept of accuracy certificates for convex minimization problems. Certificates allow for online verification of the accuracy of approximate solutions. In this thesis, we generalize the notion of accuracy certificates for the setting of an inexact first-order oracle. Furthermore, we propose an explicit way to construct accuracy certificates for a large class of cutting plane methods. As a by-product, we show that the considered methods can be efficiently used with a noisy oracle even though they were originally designed to be equipped with an exact oracle. Finally, we illustrate the work of the proposed certificates in numerical experiments highlighting that they provide a tight upper bound on the objective residual.

In dieser Arbeit geht es um die schrittweise Verfeinerung verteilter Algorithmen. Dabei wird ein einfacher Algorithmus, der einige gewünschte Eigenschaften hat, Schritt für Schritt zu einem komplexen Algorithmus verfeinert, der konkrete Implementationsanforderungen erfüllt, so daß in jedem Schritt die gewünschten Eigenschaften erhalten bleiben. Wir stellen einen neuen eigenschaftserhaltenden Verfeinerungsbegriff vor, der auf der kausalen Ordnung der Aktionen eines Algorithmus basiert. Diesen Begriff definieren wir als Transitionsverfeinerung für elementare Petrinetze und diskutieren Beweiskriterien. Danach definieren und diskutieren wir die simultane Verfeinerung mehrerer Transitionen. Zur Modellierung komplexer verteilter Algorithmen sind elementare Petrinetze oft nicht adäquat. Wir benutzen deshalb algebraische Petrinetze. Wir definieren Transitionsverfeinerung für algebraische Petrinetze und stellen einen Zusammenhang zur simultanen Verfeinerung von Transitionen in elementaren Petrinetzen her. Transitionsverfeinerung ist besonders für Verfeinerungsschritte geeignet, in denen synchrone Kommunikation zwischen Agenten durch asynchronen Nachrichtenaustausch ersetzt wird. Wir zeigen dies am Beispiel eines komplexen verteilten Algorithmus, zur Berechnung des minimalen spannenden Baumes in einem gewichteten Graphen. Wir zeigen die Korrektheit dieses Algorithmus in mehreren Schritten, von denen einige Schritte Transitionsverfeinerungen sind. In anderen Schritten sind klassische Verfeinerungsbegriffe ausreichend. Wir übertragen deshalb auch einen klassischen Verfeinerungsbegriff in unser formales Modell. / The topic of this PhD thesis is the stepwise refinement of distributed algorithms. Stepwise refinement starts with a simple algorithm with certain desired properties. This algorithm is refined step by step such that the desired properties are preserved in each refinement step. The result is a complex distributed algorithm which satisfies concrete implementation requirements and which still has the desired properties. We propose a new property preserving notion of refinement which is based on the causal ordering of actions of an algorithm. We call this notion transition refinement and we define it first for elementary Petri nets. Furthermore, we discuss proof criteria. Then, we define and discuss the simultaneous refinement of several transitions. For modelling complex distributed algorithms, we use algebraic Petri nets instead of elementary Petri nets. We define transition refinement for algebraic Petri nets, and we show its relationship to simultaneous transition refinement in elementary Petri nets. Transition refinement is particularly suitable for refinement steps in which synchronous communication between agents is replaced by asynchronous message passing. We show this by means of a complex distributed algorithm for determining the minimal spanning tree of a weighted graph. We prove the correctness of this algorithm in several steps. Some of these steps are transition refinements. For other steps, well-known notions of refinement are sufficient. Therefore, we also carry over a well-known notion of refinement into our formal model.

Für die erfolgreiche Lösung eines Optimierungsproblems ist die Wahl der verwendeten Suchstrategie von entscheidender Bedeutung. Die vorliegende Arbeit untersucht die Kriterien dieser Wahl. Dabei stellen sich drei grundlegende Fragen: Welche Strategien der Optimierung eines gegebenen Problems existieren überhaupt, und was für Eigenschaften besitzen sie? Wodurch wird der Charakter eines Optimierungsproblems bestimmt, und gibt es Klassen ähnlicher Probleme? Besteht eine Verbindung zwischen den Eigenschaften der Strategien und den Klassen der Probleme, die es ermöglicht, für jede Problemklasse eine geeignete Optimierungsstrategie anzugeben? Dazu wird zuerst die Klasse der Evolutionären Algorithmen naher betrachtet, deren generelles Verhalten die Boltzmannstrategie, Darwinstrategie oder Boltzmann-Darwin-Strategie beschreiben. Als weiteres Beispiel wird die Multitome Strategie untersucht. In ihr wird das Problem unter verschiedenen Gesichtspunkten betrachtet und in Einzelanforderungen zerlegt, die abwechselnd optimiert werden. Für den speziellen Fall der Dichotomen Strategie wird die allgemeine zeitabhängige Lösung mit Hilfe der Methode der Charakteristiken bestimmt. Zur Beantwortung der zweiten Frage wird die Zustandsdichte als klassifizierende Größe des Optimierungsproblems eingeführt. Sie kann unter Verwendung der Boltzmannstrategie während des Optimierungslaufes durch zwei allgemeine Approximationsmethoden: die Methode der stationären Verteilungen und die Eigenvektormethode bestimmt werden. Aus der Zustandsdichte erhält man den Wirkungsgrad der Zufallssuche. Er charakterisiert den Ordnungsgrad des Problems und stellt damit ein wichtiges Maß der Problemschwierigkeit dar. Die entscheidende dritte Frage wird für Probleme der Optimierung frustrierter Sequenzen, der Netzwerkoptimierung und für das Faltungsproblem der RNA behandelt. Mit der Einführung der Klassen gerichteter und ungerichteter Strategien, die für Optimierungsprobleme mit niedrigem bzw. hohem Wirkungsgrad der Zufallssuche effektiv sind, kann eine Verbindung zwischen dem Strategieverhalten und dem Problemcharakter hergestellt werden, die es ermöglicht, für eine konkrete Optimierungsaufgabe die Klasse der geeigneten Strategien zu wählen. / A crucial point of successful solving an optimization problem is the choice of the used strategy. The present paper investigates the criteria of this choice. Thereby three fundamental questions put themselves: Which strategies of the optimization of a given problem exist altogether, and which properties characterize the strategies? How is the character of an optimization problem determined, and are there classes of similar problems? Does a combination exist between the characteristics of the strategies and the classes of problems, which makes it possible to indicate a suitable strategy for each class? The class of the Evolutionary Algorithms is considered more closely. The general behavior of the algorithms can be described by the Boltzmann strategy, Darwin strategy or Boltzmann-Darwin strategy. As a further example the Multitomic strategy is explored. In this approach the problem is considered under different points of view and decomposes in single demands, which are optimized alternately. For the special case of the Dichotomic strategy the general time dependent solution is determined. To answer the second question the density of states is introduced as classifying measure of optimization problems. The density can be determined during the optimization course by two general approaches: the method of the stationary distribution and the eigenvalue method. From the density of states one receives the efficiency of the random search. It describes the degree of order of the problem and presents an measure of the problem difficulty. The important third question is treated for problems of the optimization of frustrated sequences, the network optimization and RNA folding. The introduction of the classes of directed and non directed strategies, which are effective for problems with low and high efficiency of the random search, establishes a connection between the strategy and the character of the problem, which makes it possible to choose the class of the suitable strategies for a given optimization task.

Die Besonderheit der drahtlosen Kommunikation gegenüber den drahtgebundenen Netzwerken liegt im drahtlosen Übertragungsmedium. Aufgrund der Broadcast-Eigenschaft des Übertragungsmediums werden Nachrichten potentiell von allen Netzwerkstationen empfangen, welche sich in der Übertragungsreichweite des Senders aufhalten. Als Konsequenz können bei einem unsynchronisierten Medienzugriff mehrere Nachrichten beim Empfänger kollidieren und nicht korrekt empfangen werden. Dieses Phänomen wird auch als Interferenz bezeichnet. Um solche Interferenzen zu vermeiden, wurden spezielle Protokolle für den Medienzugriff in drahtlosen Netzen entwickelt. Ein solcher Ansatz für drahtlose Maschennetze ist die verteilte Kanalzuweisung. Bei der verteilten Kanalzuweisung werden sich nicht-überlappende Kanäle im verfügbaren Frequenzspektrum für Übertragungen verwendet, die auf dem gleichen Kanal Interferenzen erzeugen würden. Dieser Ansatz ist möglich, da die verwendeten Funktechnologien, wie zum Beispiel IEEE 802.11 (WLAN), mehrere nicht-überlappende Kanäle bereitstellen. Aufgrund der großen Verbreitung von IEEE 802.11, ist eine hohe Dichte von privaten wie kommerziellen Netzen im urbanen Raum die Norm. Diese räumlich überlappenden Netze konkurrieren um den Medienzugriff. Daher ist es für die Leistung von Kanalzuweisungsalgorithmen von großer Bedeutung, die Aktivität der externen Netze mit einzubeziehen. Die Leistung der vorgelegten Arbeit umfasst das Design, die Implementierung und Validierung von Modellen und Algorithmen zur Reduzierung von Interferenzen in drahtlosen Maschennetzen. Die Arbeit beinhaltet die Entwicklung eines Messungs-basierten Interferenzmodells, mit dem Interferenzabhängigkeiten der Maschenrouter untereinander effizient bestimmt werden können. Weiterhin wurde ein Algorithmus für die verteilte Kanalzuweisung entwickelt, der die Aktivität von externen Netzen berücksichtigt. Die Gesamtlösung wurde in einem großen drahtlosen Maschennetz experimentell validiert. / Due to the broadcast nature of the shared medium, wireless transmissions are potentially received by all network stations in the communication range of the sender. With an unsynchronized medium access, multiple transmissions may be active at the same time and thus interfere with each other. In consequence, multiple transmissions may collide at the receiver side and cannot be properly decoded. For this reason, protocols have been developed on the MAC layer to synchronize the medium access and thus reduce interference effects. One of these approaches in wireless mesh networks is channel assignment. The idea of channel assignment is to minimize the network-wide interference by utilizing non-overlapping channels for otherwise interfering wireless transmissions. This is feasible, since wireless mesh routers are usually equipped with multiple radios and commonly used wireless network technologies, such as IEEE 802.11, provide multiple non-overlapping channels. Since IEEE 802.11 operates in the unlicensed frequency spectrum, the dense distribution of private and commercial network deployments of WLANs in urban areas poses a new challenge. Co-located networks compete for the wireless medium, thus decreasing the achievable network performance in terms of throughput and latency. Therefore, an important issue for efficient channel assignment is to also address external interference The contributions of this dissertation comprise the design, implementation, and validation of models and algorithms to enable wireless multi-hop networks to become interference-aware. This includes a measurement-based interference model suitable for large-scale network deployments. A distributed channel assignment algorithm has been developed that considers external sources of interference. The overall solution has been experimentally validated in a large-scale wireless multi-hop multi-radio testbed and has significantly increased the network performance with regard to the network capacity.