Honigbienen (Apis mellifera L.) sind in der Lage mit ihren Komplexaugen visuelle Muster wahrzunehmen und die Musterinformation im Zentralen Nervensystem zu speichern und für Ähnlichkeitsbewertungen wieder abzurufen. Die vorliegende Arbeit zeigt klare Evidenz gegen eine ausschließliche Bewertung von Schwarzweißmustern mit Hilfe von Template-Matching-Mechanismen. Mit systematisch abgewandelten Dressurparadigmen trainierte Bienen bewerteten Muster unabhängig von der erfolgten Dressur stets bevorzugt gemäß eher grober Mustereigenschaften, wie zum Beispiel die Parameter "schwarzer Musterzentralbereich" und "Musterzerstreutheit". Veränderte man in einem weiteren Versuchansatz die Musterinformation der Schwarzweißmuster zudem gezielt durch geeignete Fourier-Filterung, zeigte sich, dass Bienen zur Musterdiskriminierung bereits die Frequenzinformation von 2 - 8 Schwingungen/Bildbreite genügte. Diese Unschärfe der bewerteten Bildinformation ließ sich nicht ausschließlich aus den optischen Eigenschaften des visuellen Apparates der Bienen ableiten. Videodokumentationen und Einzelbildanalyse des Flugverhaltens der Bienen vor den Mustern ergaben zudem keinerlei Hinweise für eine Nutzung des Flugverhaltens als Bewertungsgrundlage zur Musterdiskriminierung. Die erhaltenen Ergebnisse zur Musterdiskriminierung wurden vor dem Hintergrund eines ökonomischen Entscheidungsmodells für menschliches Verhalten, den Frugalheuristiken, diskutiert und Hinweise auf eine ökonomische Bewertungsstrategie der Bienen entsprechend einer Take-The-Best-Heuristik gefunden. / Honeybees (Apis mellifera L.) are able to perceive visual patterns through their compound eyes and store the visual information in the central nervous system for subsequent use in pattern discrimination tasks. This thesis provides clear evidence against the assumption that pattern discrimination relies exclusively on template matching mechanisms. Bees discriminated pairs of patterns preferential using extracted pattern parameters. Within this thesis the preferred parameters of the bees following the training paradigms were coarse parameters such as "black centre" and "pattern disruption". In experiments with Fourier filtered patterns the frequency information of the patterns were additionally reduced. The results showed that bees could discriminate patterns using only 2 - 8 cycles/pattern-width of the frequency information. The fuzziness of the exploited visual information could not be assigned to restrictions of the visual system of bees. Additional documentation and single picture analysis of the videotaped flight behaviour in front of the patterns provided no evidence for bees using their flight behaviour in order to enhance the pattern discrimination ability. Application of economic human decision models (frugal heuristics) to the behavioural results showed clues that bees'' decisions could be explained with the help of the Take-The-Best-heuristic.

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Durch die Vielzahl von heterogenen Informationsquellen sehen sich viele Nutzer einer kaum überschaubaren Informationsflut gegenüber. Aus diesem Grund werden durch diese Arbeit die gängigen Nachrichtenformate analysiert und der aktuelle Stand der Technik im Bereich der Nachrichtenaggregatoren dargelegt. Dabei werden diese Analysen immer mit Blick auf die Möglichkeiten einer personalisierten Filterung der Inhalte durchgeführt. Anschließend wird eine im Rahmen dieser Arbeit entstandene Infrastruktur für die Aggregation, personalisierte Filterung und kollaborative Empfehlung von Inhalten aus heterogenen Nachrichtenquellen vorgestellt. Dabei wird detailiert auf die zu Grunde liegenden Konzepte eingegangen und deren praktische Umsetzung beschrieben.

Within business Intelligence contexts, the importance of data mining algorithms is continuously increasing, particularly from the perspective of applications and users that demand novel algorithms on the one hand and an efficient implementation exploiting novel system architectures on the other hand. Within this paper, we focus on the latter issue and report our experience with the exploitation of graphic card processor technology within the SAP NetWeaver business intelligence accelerator (BIA). The BIA represents a highly distributed analytical engine that supports OLAP and data mining processing primitives. The system organizes data entities in column-wise fashion and its operation is completely main-memory-based. Since case studies have shown that classic data mining queries spend a large portion of their runtime on scanning and filtering the data as a necessary prerequisite to the actual mining step, our main goal was to speed up this expensive scanning and filtering process. In a first step, the paper outlines the basic data mining processing techniques within SAP NetWeaver BIA and illustrates the implementation of scans and filters. In a second step, we give insight into the main features of a hybrid system architecture design exploiting graphic card processor technology. Finally, we sketch the implementation and give details of our vast evaluations.

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Die zunehmende Überalterung der Bevölkerung in Europa und speziell in Deutschland stellt die Gesellschaft vor große personelle und finanzielle Herausforderungen. Diese Problematik wird im Forschungsfeld Ambient Assisted Living (AAL) adressiert. AAL hat die Zielsetzung, ältere Menschen bei Aktivitäten des täglichen Lebens zu unterstützen. Ein wesentliches Element hierbei ist die Vernetzung verschiedener Systeme im Haushalt, sodass das Verhalten einer Person erfasst werden kann. Angehörige und medizinisches Personal können somit im Notfall automatisiert verständigt werden. Hierfür ist das Monitoring von Vitalparametern ein wichtiger Baustein, da damit der momentane Gesundheitszustand einer Person erfasst und analysiert werden kann. Konventionelle Systeme zur Bestimmung von Vitalparametern erfordern eine direkte Applizierung am Körper und werden häufig als störend empfunden. Verfahren, welche auf einer kontaktlosen, optischen Erkennung von Vitalparametern mittels Bildverarbeitung basieren, können diese Problematik lösen. Allerdings sind bestehende Verfahren eher ungeeignet, da sie die notwendigen Anforderungen an Genauigkeit und Robustheit nicht erfüllen. Diese Dissertation leistet einen Beitrag, um diese Lücke zu schließen und genaue, robuste Verfahren zur Bestimmung von Vitalparametern mit intelligenten Verfahren der Bildverarbeitung zu untersuchen. Hierfür werden die Vitalparameter der Herzfrequenz, der Respirationsfrequenz und der Sauerstoffsättigung analysiert. Auf Grundlage einer Quantifizierung der beiden stärksten Störquellen, der Intensitäts- und Bewegungsartefakte, wird ein neues Verfahren, die Ratio-Methode, zur Herzfrequenzbestimmung vorgestellt. Zur Beseitigung dieser beiden Störquellen wird ein weiteres Verfahren präsentiert, welches auf einem individuellen, situationsabhängigen Hautfarbenmodell, einem erweiterten KLT-Tracking, einer ICA, einer Kanalextraktion sowie einer adaptiven Filterung beruht. Aus der Evaluierung geht hervor, dass der gemittelte RMSE für alle Szenarien stets unter einer Schwelle von 3 BPM liegt. Die Ermittlung der Respirationsfrequenz im sichtbaren Wellenlängenbereich wird mit Methoden des optischen Flusses, einer PCA sowie einer FFT analysiert. Es wird gezeigt, dass sich der gemittelte RMSE für alle Testfälle unterhalb von 2,5 Atemzyklen pro Minute befindet. Als weiterer Vitalparameter wird die Sauerstoffsättigung untersucht. Dabei werden sowohl Systeme bestehend aus einer Kamera als auch aus zwei Kameras betrachtet. Neben dem sichtbaren Wellenlängenbereich wird die Vitalparameterbestimmung auch im mittleren Infrarotbereich analysiert. Die Untersuchung fokussiert sich dabei auf die Vitalparameter der Respirations- und der Herzfrequenz. Um die Einsatzfähigkeit von Vitalparametern im Bereich AAL realistisch zu evaluieren, werden Messungen in der AAL-Testwohnung der TU Chemnitz durchgeführt und analysiert. Dabei hat sich herausgestellt, dass sowohl die Herz- als auch die Respirationsfrequenz zuverlässig erfasst werden können. Zudem wird gezeigt, dass neben perspektivischen Kameras auch omnirektionale Kameras zur Bestimmung von Vitalparametern geeignet sind. In einer weiteren Untersuchung erfolgt die Analyse für die Vitalparameterbestimmung bei Dunkelheit im nahen Infrarotbereich. Neben dem Bereich AAL eröffnen sich weitere Anwendungsszenarien auf den folgenden Feldern: Fahrerüberwachung im Fahrzeug, Detektion des plötzlichen Kindstods, E-Rehabilitation und Triage im Krankenhaus. / Europe, in particular Germany, is facing the problem of a steadily ageing society. This development goes hand in hand with a higher demand for technical assistance systems, which can assist elderly people with their self-determined living. A key element is the interconnection of different systems in the home environment in order to recognise the behaviour of a person. In case of an emergency, relatives and medical personnel can be notified automatically. In order to ensure that functionality, the monitoring of vital parameters is a crucial element to determine and to analyse the health status of a person. Conventional systems that determine vital parameters require body contact and are therefore uncomfortable for the person who wars such as system. In contrast to that, contact-less optical methods based on image processing do not share these problems. However, existing methods in this field do not fulfil the requirements regarding accuracy and robustness. This thesis contributes to close this gap by investigating accurate and robust methods to determine vital parameters by means of highly sophisticated image processing techniques. To that aim, vital parameters such as the heart rate, the respiration rate and the oxygen saturation are considered. On the basis of the quantisation of intensity and motion artefacts, a new method, the so-called ratio method, is introduced to determine the heart. In order to eliminate these artefacts another method based on an individual, scene depending skin colour model, an extended KLT tracking, an ICA, a channel selection and an adaptive filtering is presented. The evaluation shows that the mean RMSE is always below a threshold of 3 BPM. The determination of the respiration rate in the visual spectrum is realised by using optical flow, a PCA and an FFT. It can be shown that the mean RMSE is below a threshold of 2.5 breath cycles per minute for all test cases. For the oxygen saturation two setups consisting of one and two cameras respectively are investigated. Determining vital parameters is not limited to the visual spectrum. It is as well feasible to analyse long-wavelength thermal images in order to determine the heart rate and the respiration rate, which was also studied in this thesis. For a realistic evaluation the developed algorithms in the field of AAL, measurements in the AAL living lab of TU Chemnitz are conducted and analysed. It can be demonstrated that the heart rate and the respiration rate can be reliably detected. Moreover, it can be shown that omni-directional cameras can be used in the home environment for vital parameter extraction. Furthermore, this thesis provides the evidence that the determination of the heart rate and the respiration rate is also possible in case of short-wavelength infrared light. Besides the field of AAL, there exist more application areas such as driver monitoring, detection of sudden infant death syndrome, e-rehabilitation or triage in hospital.

Diese Arbeit stellt Modelle und Methoden vor, die für robuste Statistiken und ihre Anwendungen in verschiedenen Bereichen entwickelt wurden. Kapitel 2 stellt einen neuartigen Partitionierungs-Clustering-Algorithmus vor, der auf Expectiles basiert. Der Algorithmus bildet Cluster, die sich an das Endverhalten der Clusterverteilungen anpassen und sie dadurch robuster machen. Das Kapitel stellt feste Tau-Clustering- und adaptive Tau-Clustering-Schemata und ihre Anwendungen im Kryptowährungsmarkt und in der Bildsegmentierung vor. In Kapitel 3 wird ein faktorerweitertes dynamisches Modell vorgeschlagen, um das Tail-Verhalten hochdimensionaler Zeitreihen zu analysieren. Dieses Modell extrahiert latente Faktoren, die durch Extremereignisse verursacht werden, und untersucht ihre Wechselwirkung mit makroökonomischen Variablen mithilfe des VAR-Modells. Diese Methodik ermöglicht Impuls-Antwort-Analysen, Out-of-Sample-Vorhersagen und die Untersuchung von Netzwerkeffekten. Die empirische Studie stellt den signifikanten Einfluss von durch finanzielle Extremereignisse bedingten Faktoren auf makroökonomische Variablen während verschiedener Wirtschaftsperioden dar. Kapitel 4 ist eine Pilotanalyse zu Non Fungible Tokens (NFTs), insbesondere CryptoPunks. Der Autor untersucht die Clusterbildung zwischen digitalen Assets mithilfe verschiedener Visualisierungstechniken. Die durch CNN- und UMAP-Regression identifizierten Cluster werden mit Preisen und Merkmalen von CryptoPunks in Verbindung gebracht. Kapitel 5 stellt die Konstruktion eines Preisindex namens Digital Art Index (DAI) für den NFT-Kunstmarkt vor. Der Index wird mithilfe hedonischer Regression in Kombination mit robusten Schätzern für die Top-10-Liquid-NFT-Kunstsammlungen erstellt. Es schlägt innovative Verfahren vor, nämlich Huberisierung und DCS-t-Filterung, um abweichende Preisbeobachtungen zu verarbeiten und einen robusten Index zu erstellen. Darüber hinaus werden Preisdeterminanten des NFT-Marktes analysiert. / This thesis provides models and methodologies developed on robust statistics and their applications in various domains. Chapter 2 presents a novel partitioning clustering algorithm based on expectiles. The algorithm forms clusters that adapt to the tail behavior of the cluster distributions, making them more robust. The chapter introduces fixed tau-clustering and adaptive tau-clustering schemes and their applications in crypto-currency market and image segmentation. In Chapter 3 a factor augmented dynamic model is proposed to analyse tail behavior of high-dimensional time series. This model extracts latent factors driven by tail events and examines their interaction with macroeconomic variables using VAR model. This methodology enables impulse-response analysis, out-of-sample predictions, and the study of network effects. The empirical study presents significant impact of financial tail event driven factors on macroeconomic variables during different economic periods. Chapter 4 is a pilot analysis on Non Fungible Tokens (NFTs) specifically CryptoPunks. The author investigates clustering among digital assets using various visualization techniques. The clusters identified through regression CNN and UMAP are associated with prices and traits of CryptoPunks. Chapter 5 introduces the construction of a price index called the Digital Art Index (DAI) for the NFT art market. The index is created using hedonic regression combined with robust estimators on the top 10 liquid NFT art collections. It proposes innovative procedures, namely Huberization and DCS-t filtering, to handle outlying price observations and create a robust index. Furthermore, it analyzes price determinants of the NFT market.

While semantic web data is machine-understandable and well suited for advanced filtering, in its raw representation it is not conveniently understandable to humans. Therefore, visualization is needed. A core challenge when visualizing the structured but heterogeneous data turned out to be a flexible mapping to Visual Variables. This work deals with a highly flexible, semi-automatic solution with a maximum support of the visualization process, reducing the mapping possibilities to a useful subset. The basis for this is knowledge, concerning metrics and structure of the data on the one hand and available visualization structures, platforms and common graphical facts on the other hand — provided by a novel basic visualization ontology. A declarative, platform-independent mapping vocabulary and a framework was developed, utilizing current standards from the semantic web and the Model-Driven Architecture (MDA). / Während Semantic-Web-Daten maschinenverstehbar und hervorragend filterbar sind, sind sie — in ihrer Rohform — nicht leicht von Menschen verstehbar. Eine Visualisierung der Daten ist deshalb notwendig. Die Kernherausforderung dabei ist eine flexible Abbildung der strukturierten aber heterogenen Daten auf Visuelle Variablen. Diese Arbeit beschreibt eine hochflexible halbautomatische Lösung bei maximaler Unterstützung des Visualisierungsprozesses, welcher die Abbildungsmöglichkeiten, aus denen der Nutzer zu wählen hat, auf eine sinnvolle Teilmenge reduziert. Die Grundlage dafür sind einerseits Metriken und das Wissen über die Struktur der Daten und andererseits das Wissen über verfügbare Visualisierungsstrukturen, -plattformen und bekannte grafische Fakten, welche durch eine neuentwickelte Visualisierungsontologie bereitgestellt werden. Basierend auf Standards des Semantic Webs und der Model-getriebenen Architektur, wurde desweiteren ein deklaratives, plattformunabhängiges Visualisierungsvokabular und -framework entwickelt.

While semantic web data is machine-understandable and well suited for advanced filtering, in its raw representation it is not conveniently understandable to humans. Therefore, visualization is needed. A core challenge when visualizing the structured but heterogeneous data turned out to be a flexible mapping to Visual Variables. This work deals with a highly flexible, semi-automatic solution with a maximum support of the visualization process, reducing the mapping possibilities to a useful subset. The basis for this is knowledge, concerning metrics and structure of the data on the one hand and available visualization structures, platforms and common graphical facts on the other hand — provided by a novel basic visualization ontology. A declarative, platform-independent mapping vocabulary and a framework was developed, utilizing current standards from the semantic web and the Model-Driven Architecture (MDA).:ABSTRACT S. x 1. INTRODUCTION S. 1 2. VISUALIZATION OF STRUCTURED DATA IN GENERAL S. 4 2.1. Global and Local Interfaces S. 4 2.2. Steps of the Visualization Process S. 4 2.3. Existing Visual Selection Mechanisms S. 6 2.4. Existing Visualizations of Structured Data S. 12 2.5. Categorizing SemVis S. 25 3. REQUIREMENTS FOR A FLEXIBLE VISUALIZATION S. 27 3.1. Actors S. 27 3.2. Use Cases S. 27 4. FRESNEL, A STANDARD DISPLAY VOCABULARY FOR RDF S. 31 4.1. Fresnel Lenses S. 31 4.2. Fresnel Formats S. 33 4.3. Fresnel Groups S. 33 4.4. Primaries (Starting Points) S. 33 4.5. Selectors and Inference S. 34 4.6. Application and Reusability S. 34 4.7. Implementation S. 35 5. A VISUALIZATION ONTOLOGY S. 37 5.1. Describing and Formalizing the Field of Visualization S. 37 5.2. Overview S. 37 5.3. VisualVariable S. 38 5.4. DiscreteVisualValue S. 39 5.5. VisualElement S. 41 5.6. VisualizationStructure S. 42 5.7. VisualizationPlatform S. 42 5.8. PresentationScenario S. 43 5.9. Facts S. 44 6. A NOVEL MAPPING VOCABULARY FOR SEMANTIC VISUALIZATION S. 45 6.1. Overview S. 45 6.2. Mapping S. 46 6.3. PropertyMapping S. 47 6.4. ImplicitMapping S. 48 6.5. ExplicitMapping S. 53 6.6. MixedMapping S. 54 6.7. ComplexMapping S. 55 6.8. Inference S. 58 6.9. Explicit Display of Relations S. 58 6.10. Limitations s. 59 7. A MODEL-DRIVEN ARCHITECTURE FOR FLEXIBLE VISUALIZATION S. 60 7.1. A Model-Driven Architecture S. 61 7.2. Applications of the MDA Pattern S. 62 7.3. Complete System Overview S. 71 7.4. Additional Knowledge of the System S. 72 7.5. Comparison to the Graphical Modelling Framework — GMF S. 77 8. VISUALIZATION PLATFORMS S. 80 8.1. Extensible 3D (X3D) S. 80 8.2. Scalable Vector Graphics (SVG) S. 81 8.3. XHTML + CSS S. 82 8.4. Text S. 82 9. OUTLOOK AND CONCLUSION S. 84 9.1. Advanced Mapping Vocabulary S. 84 9.2. Reusing Standardized Ontologies S. 84 9.3. Enabling Dynamic, Interaction and Animation S. 84 9.4. Implementation and Evaluation S. 85 9.5. Conclusion S. 85 GLOSSARY S. 86 BIBLIOGRAPHY S. 87 A. S. 90 A.1. Schemata S. 90 / Während Semantic-Web-Daten maschinenverstehbar und hervorragend filterbar sind, sind sie — in ihrer Rohform — nicht leicht von Menschen verstehbar. Eine Visualisierung der Daten ist deshalb notwendig. Die Kernherausforderung dabei ist eine flexible Abbildung der strukturierten aber heterogenen Daten auf Visuelle Variablen. Diese Arbeit beschreibt eine hochflexible halbautomatische Lösung bei maximaler Unterstützung des Visualisierungsprozesses, welcher die Abbildungsmöglichkeiten, aus denen der Nutzer zu wählen hat, auf eine sinnvolle Teilmenge reduziert. Die Grundlage dafür sind einerseits Metriken und das Wissen über die Struktur der Daten und andererseits das Wissen über verfügbare Visualisierungsstrukturen, -plattformen und bekannte grafische Fakten, welche durch eine neuentwickelte Visualisierungsontologie bereitgestellt werden. Basierend auf Standards des Semantic Webs und der Model-getriebenen Architektur, wurde desweiteren ein deklaratives, plattformunabhängiges Visualisierungsvokabular und -framework entwickelt.:ABSTRACT S. x 1. INTRODUCTION S. 1 2. VISUALIZATION OF STRUCTURED DATA IN GENERAL S. 4 2.1. Global and Local Interfaces S. 4 2.2. Steps of the Visualization Process S. 4 2.3. Existing Visual Selection Mechanisms S. 6 2.4. Existing Visualizations of Structured Data S. 12 2.5. Categorizing SemVis S. 25 3. REQUIREMENTS FOR A FLEXIBLE VISUALIZATION S. 27 3.1. Actors S. 27 3.2. Use Cases S. 27 4. FRESNEL, A STANDARD DISPLAY VOCABULARY FOR RDF S. 31 4.1. Fresnel Lenses S. 31 4.2. Fresnel Formats S. 33 4.3. Fresnel Groups S. 33 4.4. Primaries (Starting Points) S. 33 4.5. Selectors and Inference S. 34 4.6. Application and Reusability S. 34 4.7. Implementation S. 35 5. A VISUALIZATION ONTOLOGY S. 37 5.1. Describing and Formalizing the Field of Visualization S. 37 5.2. Overview S. 37 5.3. VisualVariable S. 38 5.4. DiscreteVisualValue S. 39 5.5. VisualElement S. 41 5.6. VisualizationStructure S. 42 5.7. VisualizationPlatform S. 42 5.8. PresentationScenario S. 43 5.9. Facts S. 44 6. A NOVEL MAPPING VOCABULARY FOR SEMANTIC VISUALIZATION S. 45 6.1. Overview S. 45 6.2. Mapping S. 46 6.3. PropertyMapping S. 47 6.4. ImplicitMapping S. 48 6.5. ExplicitMapping S. 53 6.6. MixedMapping S. 54 6.7. ComplexMapping S. 55 6.8. Inference S. 58 6.9. Explicit Display of Relations S. 58 6.10. Limitations s. 59 7. A MODEL-DRIVEN ARCHITECTURE FOR FLEXIBLE VISUALIZATION S. 60 7.1. A Model-Driven Architecture S. 61 7.2. Applications of the MDA Pattern S. 62 7.3. Complete System Overview S. 71 7.4. Additional Knowledge of the System S. 72 7.5. Comparison to the Graphical Modelling Framework — GMF S. 77 8. VISUALIZATION PLATFORMS S. 80 8.1. Extensible 3D (X3D) S. 80 8.2. Scalable Vector Graphics (SVG) S. 81 8.3. XHTML + CSS S. 82 8.4. Text S. 82 9. OUTLOOK AND CONCLUSION S. 84 9.1. Advanced Mapping Vocabulary S. 84 9.2. Reusing Standardized Ontologies S. 84 9.3. Enabling Dynamic, Interaction and Animation S. 84 9.4. Implementation and Evaluation S. 85 9.5. Conclusion S. 85 GLOSSARY S. 86 BIBLIOGRAPHY S. 87 A. S. 90 A.1. Schemata S. 90