Information processing functions are essential for organisms to perceive and react to their complex environment, and for humans to analyze and rationalize them. While our brain is extraordinary at processing complex information, winner-take-all, as a type of biased competition is one of the simplest models of lateral inhibition and competition among biological neurons. It has been implemented as DNAbased neural networks, for example, to mimic pattern recognition. However, the utility of DNA-based computation in information processing for real biotechnological applications remains to be demonstrated. In this paper, a biased competitionmethod for nonlinear manipulation and analysis ofmixtures of DNA sequences was developed. Unlike conventional biological experiments, selected species were not directly subjected to analysis. Instead, parallel computation among a myriad of different DNA sequences was carried out to reduce the information entropy. The method could be used for various oligonucleotideencoded libraries, as we have demonstrated its application in decoding and data analysis for selection experiments with DNA-encoded chemical libraries against protein targets.

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Frühe literale Kompetenzen gelten als wichtige Lernvoraussetzungen, auf denen der schulische Schriftspracherwerb aufbaut. Mithilfe einer frühzeitigen Diagnostik kann Schwierigkeiten im Erwerbsprozess vorgebeugt werden. In diesem Beitrag werden die Gütekriterien eines neu entwickelten, digitalen Instruments zur Erfassung früher literaler Kompetenzen für das erste Schuljahr vorgestellt. Das Verfahren umfasst Aufgaben zu basalen Kompetenzen, phonologischer Bewusstheit, Buchstabenkenntnis und erstem Lesen. Es liegt für den Beginn und die Mitte des Schuljahres in Parallelformen vor und wurde an zwei großen Stichproben (N = 1.042 bzw. 809) im Land Brandenburg normiert. In Teilstichproben wurde die Konstruktvalidität anhand des IEL-1 und des CFT 1-R ermittelt. Die Itemkennwerte ebenso wie die Befunde zu den Hauptgütekriterien weisen darauf hin, dass sich das Verfahren zur Routinediagnostik von Schulbereitschaft bzgl. früher literaler Kompetenzen in der Jahrgangsstufe 1 eignet. Damit liegt ein Verfahren vor, welches aus psychometrischer Sicht einen Zugewinn für die pädagogische Praxis liefert und in der schulischen Anwendung eine hohe Akzeptanz erfährt. / Early literacy skills are crucial for later reading achievements. Therefore, classroom assessment is essential for promoting reading success. Low-threshold assessment by educational staff is presently not very common in German primary schools. This study examined the validity and reliability of a digital assessment tool designed to measure early literacy skills in grade 1 of German primary school (ILeA plus Deutsch A). Two cohorts of children (N = 1,042/809) completed the assessment for phonological awareness, alphabet, and reading skills using a PC / laptop. The tool exhibited satisfying item properties (item-total correlation range = .87 to .98) and good internal consistency (all > .90). Correlations between scores for the tool and paper-pencil control tests were high (IEL-1, r = .58 / .67). The psychometric properties suggest that digital assessment of early literacy skills has the potential to improve assessment practices for classroom use. In addition, the easy application and automated calculations of the children's results were well received by the teachers.

High transduction rates of viral vectors in gene therapies (GT) and experimental hematopoiesis ensure a high frequency of gene delivery, although multiple integration events can occur in the same cell. Therefore, tracing of integration sites (IS) leads to mis-quantification of the true clonal spectrum and limits safety considerations in GT. Hence, we use correlations between repeated measurements of IS abundances to estimate their mutual similarity and identify clusters of co-occurring IS, for which we assume a clonal origin. We evaluate the performance, robustness and specificity of our methodology using clonal simulations. The reconstruction methods, implemented and provided as an R-package, are further applied to experimental clonal mixes and preclinical models of hematopoietic GT. Our results demonstrate that clonal reconstruction from IS data allows to overcome systematic biases in the clonal quantification as an essential prerequisite for the assessment of safety and long-term efficacy of GT involving integrative vectors.

Immer wieder ist zu beobachten, wie schwierig es für Lernende im gewerblich-technischen Bereich ist, einen verständnisvollen Zugang zu komplexen technischen Systemen zu finden und wie schwer es ihnen fällt, geeignete mentale Modelle mit ausreichend großer Reichweite zum erfolgreichen Umgang mit komplexem Systemverhalten für ihren späteren Beruf zu entwickeln. Vor dem Hintergrund dieser unterrichtspraktischen Relevanz thematisiert der vorliegende Beitrag als übergeordnetes Ziel, mit Hilfe computergestützter Modellbildung und Simulation (CMS) das Erfassen und Beherrschen komplexer technischer Systeme zum Aufbau beruflicher Handlungskompetenz als wesentlicher Bestandteil des Bildungsauftrags der Berufsschule in verstärktem Maße unterrichtlich etablieren zu können. Eine vorrangige Aufgabe dabei ist es, Lehrenden bei der praktischen Gestaltung geeigneter Lernsituationen Hilfestellung zu leisten bei der Entscheidung, ob und in welcher Form computergestützte Modellbildung und Simulation zum Zwecke ihrer unterrichtlichen Entwicklung sowie einer geeigneten Diagnostik geeignet ist. Den Lehrenden im Bereich der gewerblichen Bildung soll so eine Möglichkeit aufgezeigt werden, wie die Entwicklung und Förderung dieser bereichsübergreifenden Kompetenzen angelegt sein sollte und wie sie diese in ihrem Unterricht entwickeln und nutzen können. Dabei wird offensichtlich, dass komplexe Problemlösekompetenz durch lediglich einen einzigen, umfassenden Indikator nicht bestimm- beziehungsweise darstellbar ist. Die Befähigung zum Lösen komplexer Probleme ist jeweils nur in einem Bündel einzelner Kompetenzen darstellbar. Im konkreten Einzelfall ist jedoch recht gut beschreibbar, welche Komponenten zu diesem Bündel gehören. Eine allgemeine, Domänen unabhängige komplexe Problemlösekompetenz, die in spezifischen Kontexten und unterschiedlichen Berufsfeldern flexibel eingesetzt werden könnte, gibt es nicht. Der Grund liegt u. a. darin, dass Wissen als auch Fähigkeiten und Kompetenzen kontextgebunden sind. Erst über mannigfaltige und zeitintensive Einübungen können sie zunehmend bereichsübergreifend verallgemeinert werden. Mit der im empirischen Teil vorgestellten Untersuchung wird versucht, zur bislang im gewerblich-technischen Bereich nur sehr gering ausgeprägten experimentellen Fundierung der Entwicklung und Erfassung von Kompetenzen mit computergestützter Modellbildung und Simulation (CMS) beizutragen. Hauptanliegen der quasiexperimentellen und explorativen Studie war es, in der beruflichen Erstausbildung an einem ausgewählten regelungstechnischen Beispiel zu prüfen, ob Lernenden über CMS unter der Verwendungsperspektive als so genanntes „Kognitives Tool“ eine (alternative) Zugangs- beziehungsweise Erschließungsmöglichkeit für den erfolgreichen Umgang mit komplexen technischen Systemen ermöglicht werden kann. An dem ausgewählten regelungstechnischen Beispiel wurde untersucht, ob Auszubildenden der Berufsschule, die über keine Kenntnisse in höherer Mathematik verfügen, ein solcher Zugang zu komplexem Systemverhalten gelingen kann. Im Rahmen der empirischen Untersuchungen der Arbeit konnte gezeigt werden, dass computergestützte Modellbildung und Simulation, wenn sie unter bestimmten Konstruktionsbedingungen entwickelt und unter bestimmten Implementationsbedingungen eingesetzt wird, Lernergebnisse erbringt, die den theoretischen Anforderungen an Entwicklung und Erfassung einer komplexen Problemlösekompetenz genügen. In diesem Zusammenhang konnte auch aufgezeigt werden, dass sich eine komplexe Problemlösekompetenz in einer beruflichen Domäne operationalisieren und es sich beobachten lässt, ob bei den Auszubildenden eine Bewegung in Richtung auf den Aufbau entsprechender Fähigkeiten festzustellen ist. Genau so wichtig ist es aber auch zu zeigen, dass der Einsatz computergestützter Modellbildung undSimulation kein Selbstläufer ist, sondern vielmehr seitens der Lehrenden ein didaktisches Expertenwissen voraussetzt. Das Problem der notwendigen Balance zwischen (Lerner-)Konstruktion und (Lehrer-)Instruktion wurde in der Arbeit ausführlich dargestellt. Sind diese Bedingungen gegeben, so führt die Gestaltung computerbasierter Lernumgebungen durch Modellbildung und Simulation bei der unterrichtlichen Förderung einer Problemlösekompetenz zum erfolgreichen Umgang mit komplexen technischen Systemen zu einer tiefen Elaboration von Konzepten und Zusammenhängen.

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Hydrosystems are important elements of the hydraulic cycle. With population growth and climatic change impacting water resources, the existing water transport systems need to be reproduced in order to optimize the usage of the precious water resources. The individual flow process i.e. unsaturated soil flow and groundwater flow in porous and fractured media can be expressed by partial differential equations mathematically. The numerical models are generally used to give solutions of these equations with specific conditions. In this work, the numerical solutions are carried out using the scientific software OpenGeoSys (OGS) based on the finite element method. The complex geometrical structure model domain can be imported into the numerical model with an implemented graphical interface. A GIS based relational database model GeoHydroDataBase (GHDB) designed to create a specialized set of geo- and hydro-objects is integrated with the numerical model. The multi-field and detailed computational hydrosystem analysis methodology is applied to Meijiang catchment and Nankou site respectively. As an application, the case study for the Meijiang area with the focus on surface/subsurface water interaction and the recharge response from surface infiltration to groundwater with different time series discretization. In the Nankou case study, a 3-D regional groundwater flow model is developed. The hydrogeological system is reproduced according to sparsely distributed boreholes data. The model calibration and sensitivity analysis are accomplished with inverse methods by applying a model independent parameter estimation system (PEST). The results of the calibrated model show reasonable agreements with observed water levels. The transient groundwater flow simulations reflect the observed drawdown of the last 9 years and show the formation of a depression cone in an intensively pumped area. The well calibrated 3-D groundwater model provides hydrogeological parameters and lateral fluxes from the adjacent mountain area for the following transport modeling and remediation scenarios analysis. In this study the method of capture zone type curves is used to estimate the pumping rate and the number of pumping wells needed for the contaminated aquifer cleanup. The analytical solutions of drawdown at the pumping wells (for both single pumping well and double wells) are compared with those calculated from the numerical model.

Zum Verständnis menschlichen sozialen, administrativen und wirtschaftlichen Verhaltens, das als Spiel bzw. strategische Interaktion aufgefasst werden kann, reichen die rein analytischen Methoden nicht aus. Es ist nötig, Daten menschlichen strategischen Verhaltens zu sammeln. Basierend auf Daten lässt sich solches Verhalten modellieren, simulieren bzw. vorhersagen. Der theoretische Teil der Zielsetzung wird über praxisorientierte Konzeptualisierung strategischer Interaktion realer Agenten - Menschen und Maschinen - und gegenseitige Integration der Konzepte aus Spieltheorie und Multiagentensysteme erreicht, die über die bisherigen Ansätze hinausgehen. Der praktische Teil besteht darin, ein allgemein verwendbares System zu entwerfen, das strategische Interaktionen zwischen realen Agenten mit maximalen wissenschaftlichen Nutzen durchführen kann. Die tatsächliche Implementation ist eines der Ergebnisse der Arbeit. Ähnliche vorhandene Systeme sind GDL-Server (für Maschinen) [Genesereth u.a., 2005] und z-Tree (für Menschen) [Fischbacher, 2007]. Die Arbeit ist in drei Bereiche unterteilt - (1) Entwicklung von Sprachen für die Beschreibung eines Spiels, (2) ein auf diesen Sprachen basierendes Softwaresystem und (3) eine Offline-Analyse der u.a. mit dem System bereits gesammelten Daten als Beitrag zur Möglichkeiten der Verhaltensbeschreibung. Die Innovation dieser Arbeit besteht nicht nur darin ,einzelne Bereiche mit einander zu kombinieren, sondern auch Fortschritte auf jedem Bereich für sich allein zu erreichen. Im Bereich der Spielbeschreibungssprachen, werden zwei Sprachen - PNSI und SIDL - vorgeschlagen, die beide Spiele bei imperfekter Information in diskreter Zeit definieren können. Dies ist ein Fortschritt gegenüber der bisherigen Sprachen wie Gala und GDL. Speziell die auf Petrinetzen basierende Sprache PNSI kann gleichermaßen für Gameserver und für spieltheoretische Algorithmen von z.B. GAMBIT verwendet werden. Das entwickelte System FRAMASI basiert auf JADE [Bellifemine u.a., 2001] und ist den bisherigen Client-Server-Lösungen durch Vorteile der Multiagentensysteme voraus. Mit dem entstandenen System wurde bereits ein Experiment entsprechend den Standards der experimentellen Spieltheorie durchgeführt und somit die Praxistauglichkeit nachgewiesen. Das Experiment hatte als Ziel, Daten zur menschlichen Unvorhersagbarkeit und zur Vorhersagefähigkeit anderer zu liefen. Dafür wurden Varianten von \"Knobeln\" verwendet. Die Daten dieses Experiments sowie eines Experiments einer externen Arbeitsgruppe mit ähnlicher Motivation wurden mit Hilfe von Datamining analysiert. Dabei wurden die in der Literatur berichteten Gesetzmäßigkeiten des Verhaltens nachgewiesen und weitere Gesetzmäßigkeiten entdeckt. / To understand human social, administrative and economic behavior, which can be considered as a game or strategic interaction, the purely analytical methods do not suffice. It is necessary to gather data of human strategic behavior. Based on data, one can model, simulate and predict such behavior. The theoretical part of the objective is achieved using a practice oriented conceptualization of the real agents\' - humans and machines - strategic interaction and mutual integration of the concepts from game theory and multi-agent systems, which go beyond the related work. The practical part is the design of an universally usable system that can perform the strategic interactions between real agents with maximum scientific benefit. The current implementation is one of the results of the work. Similar existing systems are GDL-server (for machines) [Genesereth et al., 2005] and z-Tree (for humans) [Fischbacher, 2007]. The work is divided in three fields - (1) development of languages for the description of a game, (2) a software system based on these languages and (3) an offline analysis of the data already gathered among other things using the system as a contribution to behavior definition facilities. The innovation of this work does not consist only in combining of the several fields to each other, but also in achieving of improvements in every field on its own. In the field of game definition languages, two languages are proposed - PNSI and SIDL, which both can define games of imperfect information in discrete time. It is an improvement comparing with hitherto languages as Gala and GDL. Especially, the Petri net based language PNSI can likewise be used for game servers and game theoretic algorithms like GAMBIT. The developed system FRAMASI is based on JADE [Bellifemine et al., 2001] and is ahead of the hitherto client-server solutions through the advantages of the multi-agent systems. Using the originated system, an experiment has been conducted according to the standards from the experimental game theory, and thus demonstrated the practicability. The experiment had the objective to provide data on the human unpredictability and the ability to predict others. Therefore, variants of Roshambo were used. The data from this experiment and from an experiment of an external workgroup with a similar motivation were analyzed using data mining. As results, the regularities of the behavior reported in literature have been demonstrated and further regularities have been discovered.

Hydrosystems are important elements of the hydraulic cycle. With population growth and climatic change impacting water resources, the existing water transport systems need to be reproduced in order to optimize the usage of the precious water resources. The individual flow process i.e. unsaturated soil flow and groundwater flow in porous and fractured media can be expressed by partial differential equations mathematically. The numerical models are generally used to give solutions of these equations with specific conditions. In this work, the numerical solutions are carried out using the scientific software OpenGeoSys (OGS) based on the finite element method. The complex geometrical structure model domain can be imported into the numerical model with an implemented graphical interface. A GIS based relational database model GeoHydroDataBase (GHDB) designed to create a specialized set of geo- and hydro-objects is integrated with the numerical model. The multi-field and detailed computational hydrosystem analysis methodology is applied to Meijiang catchment and Nankou site respectively. As an application, the case study for the Meijiang area with the focus on surface/subsurface water interaction and the recharge response from surface infiltration to groundwater with different time series discretization. In the Nankou case study, a 3-D regional groundwater flow model is developed. The hydrogeological system is reproduced according to sparsely distributed boreholes data. The model calibration and sensitivity analysis are accomplished with inverse methods by applying a model independent parameter estimation system (PEST). The results of the calibrated model show reasonable agreements with observed water levels. The transient groundwater flow simulations reflect the observed drawdown of the last 9 years and show the formation of a depression cone in an intensively pumped area. The well calibrated 3-D groundwater model provides hydrogeological parameters and lateral fluxes from the adjacent mountain area for the following transport modeling and remediation scenarios analysis. In this study the method of capture zone type curves is used to estimate the pumping rate and the number of pumping wells needed for the contaminated aquifer cleanup. The analytical solutions of drawdown at the pumping wells (for both single pumping well and double wells) are compared with those calculated from the numerical model.