In this demonstration (with supportive poster) we present the semantic data wiki OntoWiki, which was released in version 1.0 just recently. We focus on the changes introduced to the tool in the latest release and showcase the generic data wiki, improvements we made with regard to the documentation as well as three success stories where OntoWiki was adapted and deployed.

Telomeres are repeated sequences at the ends of eukaryotic chromosomes that play prominent role in normal aging and disease development. They are dynamic structures that normally shorten over the lifespan of a cell, but can be elongated in cells with high proliferative capacity. Telomere elongation in stem cells is an advantageous mechanism that allows them to maintain the regenerative capacity of tissues, however, it also allows for survival of cancer cells, thus leading to development of malignancies. Numerous studies have been conducted to explore the role of telomeres in health and disease. However, the majority of these studies have focused on consequences of extreme shortening of telomeres that lead to telomere dysfunction, replicative arrest or chromosomal instability. Very few studies have addressed the regulatory roles of telomeres, and the association of genomic, transcriptomic and epigenomic characteristics of a cell with telomere length dynamics. Scarcity of such studies is partially conditioned by the low-throughput nature of experimental approaches for telomere length measurement and the fact that they do not easily integrate with currently available high-throughput data. In this thesis, we have attempted to build algorithms, in silico pipelines and software packages to utilize high-throughput –omics data for telomere biology research. First, we have developed a software package Computel, to compute telomere length from whole genome next generation sequencing data. We show that it can be used to integrate telomere length dynamics into systems biology research. Using Computel, we have studied the association of telomere length with genomic variations in a healthy human population, as well as with transcriptomic and epigenomic features of lung cancers. Another aim of our study was to develop in silico models to assess the activity of telomere maintenance machanisms (TMM) based on gene expression data. There are two main TMMs: one based on the catalytic activity of ribonucleoprotein complex telomerase, and the other based on recombination events between telomeric sequences. Which type of TMM gets activated in a cancer cell determines the aggressiveness of the tumor and the outcome of the disease. Investigation into TMM mechanisms is valuable not only for basic research, but also for applied medicine, since many anticancer therapies attempt to inhibit the TMM in cancer cells to stop their growth. Therefore, studying the activation mechanisms and regulators of TMMs is of paramount importance for understanding cancer pathomechanisms and for treatment. Many studies have addressed this topic, however many aspects of TMM activation and realization still remain elusive. Additionally, current data-mining pipelines and functional annotation approaches of phenotype-associated genes are not adapted for identification of TMMs. To overcome these limitations, we have constructed pathway networks for the two TMMs based on literature, and have developed a methodology for assessment of TMM pathway activities from gene expression data. We have described the accuracy of our TMM-based approach on a set of cancer samples with experimentally validated TMMs. We have also applied it to explore TMM activity states in lung adenocarcinoma cell lines. In summary, recent developments of high-throughput technologies allow for production of data on multiple levels of cellular organization – from genomic and transcriptiomic to epigenomic. This has allowed for rapid development of various directions in molecular and cellular biology. In contrast, telomere research, although at the heart of stem cell and cancer studies, is still conducted with low-throughput experimental approaches. Here, we have attempted to utilize the huge amount of currently accumulated multi-omics data to foster telomere research and to bring it to systems biology scale.

Orthology and paralogy distinguish whether a pair of genes originated by a speciation or a gene duplication event, whereas xenology refers to horizontal gene transfer. These concepts play a key role in phylogenomics and species tree inference is one of its prevalent tasks. Commonly, species tree inference is performed using sequence-based phylogenetic methods which heavily rely on the initial data sets to be solely composed of 1:1 orthologs. Such approaches are strongly restricted to a small set of genes that provide information about the species tree. In this work, it is shown that the restriction to 1:1 orthologs is not necessary to reconstruct a reliable hypothesis on the evolutionary history of species. Besides orthology, knowledge on all three major driving forces of gene evolution can be considered: speciation, gene duplication, and horizontal gene transfer. The corresponding concepts of orthology, paralogy, and xenology imply binary relations on pairs of genes. These relations, in turn, convey meaningful phylogenetic information and allow the inference of plausible phylogenetic species trees. To this end, it is shown that orthology, paralogy, and xenology have to fulfill certain mathematical properties. In particular, they have to be representable as a tree – the so-called gene tree. This work investigates the theoretical concepts of tree representable sets of binary relations to unfold the underlying mathematical structure. Various novel characterizations for those relations are given and the close connection between tree representable sets of binary relations and cographs, symbolic ultrametrics, and so-called unp 2-structures is revealed. Based on the novel characterizations, polynomial-time recognition algorithms for tree representable sets of relations are presented. In the case, a set of relations is tree representable, the corresponding tree representation can be found in polynomial time as well. Moreover, for the NP-complete problems of editing a given set of relations to its closest tree representable set, exact algorithms are developed by means of formulations as integer linear program. Finally, all algorithms have been implemented in the software ParaPhylo, a species tree inference method based on orthology and paralogy data. It is demonstrated on simulated data sets, as well as real-life data sets, that non-trivial phylogenies can indeed be reconstructed from tree-free orthology estimates alone.

Vector fields from flow visualization often containmillions of data values. It is obvious that a direct inspection of the data by the user is tedious. Therefore, an automated approach for the preselection of features is essential for a complete analysis of nontrivial flow fields. This thesis deals with automated detection, analysis, and visualization of flow features in vector fields based on techniques transfered from image processing. This work is build on rotation invariant template matching with Clifford convolution as developed in the diploma thesis of the author. A detailed analysis of the possibilities of this approach is done, and further techniques and algorithms up to a complete segmentation of vector fields are developed in the process. One of the major contributions thereby is the definition of a Clifford Fourier transform in 2D and 3D, and the proof of a corresponding convolution theorem for the Clifford convolution as well as other major theorems. This Clifford Fourier transform allows a frequency analysis of vector fields and the behavior of vectorvalued filters, as well as an acceleration of the convolution computation as a fast transform exists. The depth and precision of flow field analysis based on template matching and Clifford convolution is studied in detail for a specific application, which are flow fields measured in the wake of a helicopter rotor. Determining the features and their parameters in this data is an important step for a better understanding of the observed flow. Specific techniques dealing with subpixel accuracy and the parameters to be determined are developed on the way. To regard the flow as a superposition of simpler features is a necessity for this application as close vortices influence each other. Convolution is a linear system, so it is suited for this kind of analysis. The suitability of other flow analysis and visualization methods for this task is studied here as well. The knowledge and techniques developed for this work are brought together in the end to compute and visualize feature based segmentations of flow fields. The resulting visualizations display important structures of the flow and highlight the interesting features. Thus, a major step towards robust and automatic detection, analysis and visualization of flow fields is taken.

We relate various restrictions of a quantitative logic to subclasses of weighted tree automata. The subclasses are defined by the level of ambiguity allowed in the automata. This yields a generalization of the results by Stephan Kreutzer and Cristian Riveros, who considered the same problem for weighted automata over words. Along the way we also prove that a finitely ambiguous weighted tree automaton can be decomposed into unambiguous ones and define and analyze polynomial ambiguity for tree automata.

Das Internet und die mit ihm verbundenen lokalen Unternehmensnetzwerke spielen in der heutigen Zeit eine zentrale Rolle für den globalen Datenaustausch und die tägliche Informationsbeschaffung. Unternehmen nutzen das Internet, um über einen Webauftritt sich und ihre Produkte dem Kunden vorzustellen, ein hoher Prozentsatz betreibt über diesen Distributionskanal auch den Verkauf von Artikeln und die Bereitstellung von Unterstützungsleistungen. Ebenso bieten e-Mails eine schnelle und unkomplizierte Möglichkeit der Kommunikation und Koordination innerhalb der Unternehmung. Dabei bringt das Internet mit seinem unbeschränkten und unkontrollierbaren Charakter vielfältige erhebliche Sicherheitsrisiken mit sich, die häufig nur ungenügend Beachtung finden. Eine entsprechende technische, aber auch versicherungstechnische Absicherung, ist hier dringend erforderlich. Die vorliegende Arbeit zeigt diese oftmals unterschätzten Risiken und das durch sie entstehende Gefährdungspotenzial auf, wobei eine Fokussierung auf alle diejenigen Arten vorgenommen wird, die durch die sogenannte "widerrechtliche Nutzung" von Netzwerk-Infrastrukturen charakterisiert sind. In einem Abriss der bisherigen Bemühungen um die Versicherbarkeit derartiger Risiken werden herkömmliche Versicherungsprodukte vorgestellt sowie die mit der Versicherbarkeit verbundenen grundlegenden Probleme erläutert. Ebenso wird auf neu angebotene Versicherungslösungen eingegangen und alternative Möglichkeiten des Risikotransfers dargestellt.

Bausteine auf dem Weg zur in-vivo Roboterevolution. Ein in unbekannter Umgebung agierender autonomer Roboter muss Probleme der Positionsbestimmung, Navigation, Rückkehr zur Basisstation etc. sicher lösen, um seine eigentliche Aufgabe durchführen zu können. In der Vergangenheit wurden verschiedene Ansätze entwickelt, um z.B. die Positionsbestimmung [HPG97][SG98] und Navigation [MLP+98][MM80] zu verbessern oder um effiziente Controller zu entwickeln. Dabei zeigte sich, dass viele Verfahren, die mit Computersimulation entwickelt wurden, nur nach starken Anpassungen für eine bestimmte Hardware ausreichend gut funktionierten. Die bei den meist vereinfachten Computermodellen weggelassenen Eigenschaften der Hardware und die Differenzen von simulierter und realer Welt verursachen oft unvorhergesehene Nebeneffekte. Deshalb ist es notwendig, die neuen Algorithmen und Verfahren auch an 'richtiger' Hardware zu erproben. Im folgenden wird eine Entwicklungsumgebung vorgestellt, mit der neue Algorithmen an konkreter Hardware getestet werden können.

Fraktale Bildcodierung ist ein leistungsfähiges Verfahren zur Kompression von Bilddaten. In der vorliegenden Arbeit werden zwei verschiedene Ansätze zur notwendigen Partitionierung des zu codierenden Bildes untersucht. Beide Typen zählen zu den regionenbasierten, hochadaptiven Methoden zur Bildpartitionierung, wobei das Bild zunächst in Grundblöcke zerlegt wird, die anschließend geeignet zu Regionen zusammengefaßt werden. Bei der ersten, bereits in früheren Arbeiten eingehend untersuchten Methode bestehen die Grundpartitionen aus quadratischen Blöcken gleicher Größe. Bei der zweiten zu untersuchenden Methode werden die Grundblöcke durch eine Quadtree-Zerlegung gebildet und besitzen damit unterschiedliche Größen. Nach der Anwendung eines entsprechenden Regionen-Merging-Verfahrens ergeben sich Partitionen, die sich sowohl in Struktur als auch in der zur Abspeicherung benötigten Anzahl von Bits unterscheiden. Einerseits weisen die regionenbasierten Partitionen mit Quadtrees eine geradlinigere Struktur auf, weshalb sie sich mit arithmetischer Codierung besser komprimieren lassen als regionenbasierte Partitionen mit uniformen Grundblöcken. Andererseits liefert der Quadtree-basierte Ansatz eine meßbar schlechtere Qualität des decodierten Bildes bei gleicher Anzahl von Regionen. Diese Unterschiede werden in dieser Arbeit untersucht und erläutert. Dazu werden die in der Literatur vorhandenen Ansätze aufgegriffen und weitere Verfahren vorgestellt, die zu einer effizienteren Partitionsabspeicherung führen. Versuche haben gezeigt, daß der Quadtree-basierte Ansatz mit den vorgestellten Neuerungen zu leicht besseren Ergebnissen bezüglich des Rekonstruktionsfehlers als der uniforme Ansatz führt. Die erreichten Werte stellen die zur Zeit besten Resultate bei fraktaler Bildkompression im Ortsraum dar. Auch im Hinblick auf eine schnelle Codierung ist die Anwendung des Quadtree-Schemas im Vergleich zum uniformen Ansatz von Vorteil, es wird bessere Bildqualität bei kürzerer Codierungszeit erreicht.

In der vorliegenden Arbeit werden kryptographische Verfahren und Protokolle vorgestellt, die im HBCI-Standard zum Einsatz kommen. Das Hauptaugenmerk liegt hierbei auf den derzeit verwendeten Algorithmen DES und RSA sowie deren möglichen Nachfolgern Rijndael und ElGamal mit elliptischen Kurven. Die dafür notwendigen mathematischen Grundlagen werden ebenso wie die grundlegenden Begriffe der Kryptographie eingeführt. Es wird auf Sicherheitsaspekte der untersuchten Algorithmen und auf die zukünftige Entwicklung eingegangen. Dabei stellt sich heraus, daß mit den benutzten Verfahren die Sicherheit der Kommunikationspartner nur unwesentlich bis gar nicht beeinträchtigt werden kann. Beim praktischen Einsatz existieren aber noch Lücken, die für einen Angriff ausgenutzt werden können.

Es wird eine sprachliche Erweiterung der Aussagenlogik vorgeschlagen. Es handelt sich um eine Art von schwacher Negation ('disbelief'). Eine entsprechende Logik wird entwickelt. Diese wird semantisch charakterisiert. Weiterhin wird auf Schwierigkeiten hingewiesen, die bei der Axiomatisierung auftreten werden.