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Automatisierte Erkennung anatomischer Strukturen und Dissektionsebenen im Rahmen der roboterassistierten anterioren Rektumresektion mittels Künstlicher Intelligenz

Carstens, Matthias 09 July 2024 (has links)
Als dritthäufigstes Krebsvorkommen und zweithäufigste Krebstodesursache hat das kolorektale Karzinom (KRK) einen hohen Stellenwert für die interdisziplinäre Therapie in der Onkologie. Bei etwa 50% der Patienten befindet sich das KRK im Rektum. Die Behandlung erfolgt kurativ durch die operative Entfernung des Rektums samt der regionären Lymphknoten. Bis heute konnten keine klinischen bzw. onkologischen Vorteile der roboterassistierten Rektumresektion gegenüber der konventionell laparoskopischen Variante bewiesen werden. In dieser Arbeit wurde mithilfe maschineller Lernverfahren (Künstlicher Intelligenz, KI) ein Algorithmus trainiert, welcher bestimmte kritische anatomische Strukturen und Dissektionsebenen automatisch identifizieren kann. Damit soll zukünftig eine Assistenzfunktion etablieren werden, welche dem Chirurgen dabei helfen soll, autonome Nerven und Blutgefäße zu schonen, was das onkologische Outcome verbessern könnte. Insgesamt wurden 29 anteriore Rektumresektionen berücksichtigt, welche je in 5 OP-Phasen eingeteilt wurden (Peritoneale Inzision, Gefäßdissektion, Mediale Mobilisation, Laterale Mobilisation, Mesorektale Exzision). Etwa 500 – 2.500 Bilder wurden von jeder Phase aus den Operationsvideos extrahiert und bestimmte Strukturen wurden semantisch segmentiert. Die Leave-One-Out-Kreuzvalidierung wurde für die Algorithmus-Validierung angewendet. Als maschinelles Lernverfahren diente ein Mask R-CNN basierender Deep Learning-Algorithmus. Um die Prädiktionen evaluieren zu können, wurden die Objekterkennungs-Metriken Intersection over Union (IoU), Precision, Recall, F1 und Specificity berechnet. Gute IoU-Werte konnten bei der Instrumentenerkennung (IoU bis zu 0,82 ± 0,26), bei der Gerota’schen Faszie (IoU: 0,74 ± 0,03) und beim Mesokolon (IoU: 0,65 ± 0,05) während der medialen Mobilisation, bei der Abdominal wall (IoU: 0,78 ± 0,04) und beim Fat (IoU: 0,64 ± 0,10) während der lateralen Mobilisation und beim Peritoneum, welches beim ersten Einschnitt inzidiert wird, erreicht werden (IoU: 0,69 ± 0,22). Eine weniger präzise automatische Erkennung wurde bei der mesorektalen Faszie (IoU: 0,28 ± 0,08), beim Mesorektum (IoU: 0,45 ± 0,08), beim Kolon und Dünndarm (IoU: 0,46 ± 0,09 bzw. 0,33 ± 0,24) und der Vena mesenterica inferior (IoU: 0,25 ± 0,17) berechnet. Unzureichende Werte wurden bei den eigentlichen Dissektionslinien, den Bläschendrüsen und bei der Arteria mesenterica inferior erzielt, mit durchschnittlichen IoU-Werten kleiner 0,01 bis 0,16. Das künstliche neuronale Netzwerk erkannte zudem meist etwas ziemlich gut oder erkannte es gar nicht. Mittelgute Einzelwerte sind selten. Zusammenfassend zeigen diese Ergebnisse, dass eine KI in der Lage ist, anatomische Strukturen in laparoskopischen Aufnahmen bei einer solch komplexen OP zu erkennen. Für die KI ist es schwierig, vor allem kleinere oder hochvariabel aussehende Strukturen wie die Bläschendrüsen, Blutgefäße oder die mesorektale Faszie zu identifizieren. Es ist anzunehmen, dass die Prädiktionen mit einem größeren und diverseren Trainingsdatensatz verbessert werden können. Für Strukturen wie Dissektionslinien, für welche keine wirklichen optischen Abhebungen von anderen Strukturen im Bild bestehen, könnten andere Bereiche für die Einblendung einer Schnittführungslinie in den Bildern von Bedeutung sein. Eine zukünftige Implementierung dieser Methode in den Operationssaal im Rahmen einer Navigationsfunktion für den Chirurgen wäre demzufolge möglich.
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Single pairing spike-timing dependent plasticity in BiFeO3 memristors with a time window of 25ms to 125µs

Du, Nan, Kiani, Mahdi, Mayr, Christian G., You, Tiangui, Bürger, Danilo, Skorupa, Ilona, Schmidt, Oliver G., Schmidt, Heidemarie 18 June 2015 (has links) (PDF)
Memristive devices are popular among neuromorphic engineers for their ability to emulate forms of spike-driven synaptic plasticity by applying specific voltage and current waveforms at their two terminals. In this paper, we investigate spike-timing dependent plasticity (STDP) with a single pairing of one presynaptic voltage spike and one postsynaptic voltage spike in a BiFeO3 memristive device. In most memristive materials the learning window is primarily a function of the material characteristics and not of the applied waveform. In contrast, we show that the analog resistive switching of the developed artificial synapses allows to adjust the learning time constant of the STDP function from 25ms to 125μs via the duration of applied voltage spikes. Also, as the induced weight change may degrade, we investigate the remanence of the resistance change for several hours after analog resistive switching, thus emulating the processes expected in biological synapses. As the power consumption is a major constraint in neuromorphic circuits, we show methods to reduce the consumed energy per setting pulse to only 4.5 pJ in the developed artificial synapses.
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Untersuchungen zum Einkapseln von Sprosssegmenten für die Verwendung als künstliche Samen am Beispiel von Chrysanthemen und Rosen

Abdel-Rahman, Sayed Shehata Abdin 10 June 2003 (has links)
Seit einigen Jahren wird die Einkapselungstechnik für die Produktion künstlicher Samen oder zur Vorbereitung der Kryokonservierung genutzt. Das Ziel dieser Untersuchungen war es, Methoden zur Einkapselung von Dendranthema- und Rosa-Sprosssegmenten zu entwickeln und dadurch "künstliche Samen" herzustellen, die für die Konversion unter In-vitro- und Ex-vitro-Bedingungen geeignet sind. Es wurde mit den Dendranthema-Sorten `PS 27´, `Snowdon Weiß´, `Topfweiß´ und `Garden mum´ und mit der Rosensorte, Rosa hybrida `Kardinal´, gearbeitet. Von 3 bis 5 Wochen alten Sprosskulturen wurden 4 bis 5 mm lange Nodiensegmente entnommen und in der Gelmatrix eingekapselt. Sowohl das Alter der Sprosskulturen (Subkulturdauer) als auch die Position der Explantate am Spross hatten einen deutlichen Einfluss auf die Konversion. Die Konversion war bei den Sprossspitzen schneller und besser als bei den Nodiensegmenten. Bei Dendranthema konnte mit 5 Wochen alten Sprosskulturen gearbeitet werden. Bei den Rosen wurden bessere Ergebnisse mit Nodiensegmenten von 3 Wochen alten Sprosskulturen erzielt. Nach Optimierung der Gelmatrixkomponenten konnte für Dendranthema eine 100%ige Konversion unter sterilen Bedingungen erreicht werden, wenn der Gelmatrix (3% Na-Alginat) MS-Salze, Vitamine, 3% Saccharose und 1 mg/l IES zugesetzt wurden. Unter unsterilen Bedingungen erreichte die Sprossbildung 73%, wenn eine Zwei-Schicht-Kapsel mit einer nährstofffreien äußeren Schicht und Nährstoffen in der inneren Schicht verwendet wurde. Rosa hybrida `Kardinal´ hatte andere Ansprüche an die Nährstoffversorgung und die Zugabe von Wachstumsregulatoren als Dendranthema. Die Konversion der eingekapselten Nodiensegmente von Rosa hybrida `Kardinal´ erreichte auf einem Agar-Wasser-Medium fast 60%, wenn der Gelmatrix MS-Salze, Vitamine, 80 g/l bzw. 90 g/l Saccharose und 2 mg/l IBS zugesetzt wurden. Es wurden auch Nodiensegmente aus dem Gewächshaus direkt zur Einkapselung verwendet. Die Konversion dieser Nodiensegmente von Dendranthema `PS 27´ erreichte auf einem Agar-Wasser-Medium 75%, wenn der Gelmatrix MS + 4 mg/l IES zugesetzt wurden. Die eingekapselten Nodiensegmente von Dendranthema `PS 27´ konnten bei 4°C in einer MS + 1,0 mg/l IES-Lösung für 3 Monate gelagert werden. / Recently, the encapsulation technique is used for the production of artificial seeds or for cryopreservation. The aim of the present studies was to develop methods for encapsulation of Dendranthema- and Rosa-shoot segments to produce artificial seeds, that are suitable for the conversion under in vitro and ex vitro conditions. Dendranthema `PS 27´, `Snowdon Weiß´, `Topfweiß´ and `Garden mum´ and Rosa hybrida `Kardinal´ were used as plant material for the encapsulation. Nodal segments of about 4-5 mm length were taken as explants for the encapsulation. The conversion was influenced by the quality of the plant material used for encapsulation. The age of shoot cultures (subculture duration) and the position of explant on the shoot affected the conversion. The conversion of the shoot tips was faster and better than that of the nodal segments. With Dendranthema, 5 weeks old shoot cultures could be used, while in Rosa nodal segments of 3 weeks old cultures responded better. After optimization of the components of the gel matrix (3% Na-Alginat), 100% conversion could be recorded under sterile conditions for Dendranthema, when the gel matrix contained MS salts, vitamins, 3% sucrose and 1 mg/l IAA. The percentage of shoot formation reached 73% under non-sterile conditions, when a two-layer-capsule was used with a nutrient free cover layer and nutrients in the inner layer. Rosa hybrida `Kardinal´ had other nutritional and hormonal requirements compared with Dendranthema. The conversion frequency of the encapsulated shoot buds of Rosa hybrida `Kardinal´ reached almost 60% on agar-water-medium, when the gel matrix obtained MS salts, vitamins, 80 g/l or 90 g/l sucrose and 2 mg/l IBS. In this work, also shoot buds from the greenhouse were encapsulated directly. The conversion frequency of these encapsulated buds of Dendranthema `PS 27´ reached 75% on agar-water-medium, when the gel matrix contained MS + 4 mg/l IES. The encapsulated shoot buds of Dendranthema `PS 27´ could be stored for 3 months at 4°C in MS liquid medium.
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Von "chiralen" Superhelices zu achiralen Nanostrukturen

Ouart, André 28 September 2000 (has links)
In dieser Arbeit wurden spektroskopische und strukturelle Untersuchungen an chiralen und achiralen supramolekularen Nanoarchitekturen von J-Aggregaten achiraler Cyaninfarbstoffe durchgeführt. Als Modellsysteme wurden Tetrachlorobenzimidacarbocyanin- Farbstoffe mit unterschiedlichen 1,1´-Dialkyl- und 3,3´-Bis-acidoalkyl-Gruppen verwendet. Zur Charakterisierung der Nanostrukturen wurden statische spektroskopische Methoden - UV/Vis-Spektroskopie, Circulardichroismus (CD)- und Fluoreszenzspektroskopie -, Röntgenkristallstrukturanalyse,sowie kryogene Transmissionselektronenmikroskopie (Cryo-TEM) verwendet. Die delikate Balance der Wechselwirkungskräfte, wie z. B. hydrophobe Wechselwirkung, Dispersionswechselwirkung, sowie Wasserstoffbrücken, führt bei der J-Aggregation von strukturell ähnlichen achiralen Chromophoren zu "chiralen" Superhelices und achiralen nanoskopischen Bändern. Durch Kombination der hydrophoben und hydrophilen Eigenschaften von Tensiden mit den unikalen Eigenschaften von J-Aggregaten entstehen Nanoröhren und Vesikel. Diese Nanostrukturen sind daher vielversprechende Kandidaten für künstliche Lichtsammel- und Antennensysteme. / In this work spectroscopic and structural investigations were performed on chiral and achiral supramolecular nanoarchitectures of J-aggregates of achiral cyanine dyes. Tetrachlorobenzimidacarbocyanine dyes with different 1,1´-Dialkyl- and 3,3´-Bis-acidoalkyl- substituents were used as model systems. To characterize these nanoarchitectures static spectroscopic methods - UV/vis-spectroscopy, circular dichroism (CD)- and fluorescence-spectroscopy -, x-ray crystal structure analysis, as well as cryogenic transmission electron microscopy (cryo-TEM) were used. The delicate balance of intermolecular forces, like hydrophobic interaction, dispersion forces, as well as hydrogen bonds, leads by J-aggregation of structural similar achiral chromophores to "chiral" superhelices and achiral nanoscopic ribbons. By combination of the hydrophobic and hydrophilic properties of surfactants with the unique properties of J-aggregates nanotubules and vesicles are built. These nanostructures are hopeful candidates for artificial antenna and light harvesting systems.
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Elektrophysiologische Charakterisierung künstlicher Ionenkanäle in lebenden Zellen

Fidzinski, Pawel 03 May 2006 (has links)
Durch Ausübung physiologischer Grundfunktionen spielen Ionenkanäle eine entscheidende Rolle für die reguläre Funktion von Zellen. Zum besseren Verständnis ihrer Struktur und Funktion sind Untersuchungen natürlicher und künstlicher Ionenkanäle wichtige Werkzeuge. Großes analytisches und therapeutisches Potential ist in der Untersuchung künstlicher Kanäle in lebenden Zellen vorhanden, was bisher wenig Beachtung fand. In der vorliegenden Arbeit wurde die Wirkung der künstlichen Ionenkanäle THF-gram, THF-gram-TBDPS sowie linked-gram-TBDPS auf elektrophysiologische Eigenschaften boviner Trabekelwerkszellen des Auges anhand von Patch-Clamp-Untersuchungen im Whole-Cell-Modus analysiert. Die Untersuchung brachte folgende Erkenntnisse: 1. Die Inkorporation aller drei Verbindungen war erfolgreich, was sich durch Anstieg der Stromdichte und Verschiebung des Umkehrpotentials zeigte. 2. Einbau von THF-gram und THF-gram-TBDPS war mit dem Überleben der Zellen vereinbar, während linked-gram-TBDPS aufgrund einer sehr potenten Antwort bereits bei sehr geringen Konzentrationen zum raschen Zelltod führte. 3. Eine Asymmetrie der Stromantwort zugunsten stärkerer Auswärtsströme wurde bei THF-gram und in schwächerer Ausprägung bei THF-gram-TBDPS festgestellt. Linked-gram-TBDPS zeigte keine derartige Asymmetrie. 4. Unter Verwendung von Cs+ als Ladungsträger war der beobachtete Anstieg der Stromdichte bei allen drei Verbindungen eindeutig stärker als unter physiologischen Bedingungen (Na+/K+). 5. Die dargestellten Erkenntnisse sind ein erster Schritt zur therapeutischen Anwendung von künstlichen Ionenkanälen. Eine Weiterentwicklung in Richtung höherer Selektivität und besserer Kontrolle ist jedoch genauso erforderlich wie die Klärung der klinischen Umsetzbarkeit. / Ion channels play a pivotal role for regular cell function. To better understand their structure and function, investigation of both natural and artificial ion channels is being performed to date. Investigation of artificial channels in living cells hides a big potential, however, little attention has been paid to this field so far. In this work, the effect of the artificial ion channels THF-gram, THF-gram-TBDPS and linked-gram-TBDPS on electrophysiological properties of bovine trabecular meshwork cells was investigated with the patch-clamp-technique. Following results were obtained: 1. Incorporation of all three compounds was successful, which was proven by increase of current density and cell depolarisation. 2. The cells survived after incorporation of THF-gram and THF-gram-TBDPS but not after linked-gram-TBDPS, which resulted in cell death at very low concentrations. 3. Larger outward currents were observed with THF-gram and, at a lower extent, with THF-gram-TBDPS. Linked-gram-TBDPS did not show such an asymmetry. 4. With Cs+ as charge carrier all three compunds showed a stronger increase of current density than under physiological conditions (Na+/K+). 5. The decribed results are a first step towards therapeutic application of artificial ion channels, however, further development towards higher selectivity and better control is as necessary as clarification of clinical feasibility.
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Untersuchungen zum Adhäsions- und Migrationsverhalten eukaryotischer Zellen auf künstlichen Substraten

Joos, Uta S. 23 May 2007 (has links)
Der zerstörungsfreien Charakterisierung und Analyse von lebenden humanen Zellen über längere Zeiträume kommt zukünftig in Medizin und Biotechnologie eine zentrale Rolle zu. Für eine therapeutische Nutzung müssen die Zellen nach der Analyse unverändert und vital vorliegen. Ein Ansatz beruht auf der Analyse von nanoskopischen Zellrückständen, die von Zellen während der Migration hinterlassen werden, den Zellspuren. Diese spiegeln in repräsentativer Weise die Merkmale der Erzeugerzelle wider. Für die technische Nutzung muss der Entstehungsprozess reproduzierbar kontrolliert werden können. Im Zusammenhang wurde ein Versuchsaufbau zur Beobachtung der dynamischen Prozesse Adhäsion, Migration und substratnahe Organisation des Zytoskeletts von lebenden Zellen entwicklet, der hochauflösende Langzeitbeobachtungen mittels Totaler Interner Reflexions Fluoreszenz (TIRF-) Mikroskopie ermöglicht. Zur Auswertung wurde eine auf Falschfarben beruhende Darstellungsweise der dynamischen Prozesse entwickelt. Es konnte eine Korrelation der Eigenschaften der Zellspuren mit dem Adhäsions- und Migrationsverhalten, sowie dem Aufbau der substratnahen Bereiche des Zytoskeletts der Erzeugerzellen nachgewiesen werden. Ebenso wurde der Einfluss der oberflächenspezifischen Substrateigenschaften (Beschichtung oder topografische Strukturierung) auf die Zellspurablage gezeigt. / Nondestructive characterisation and analysis of human living cells over a long period will be an important issue for medicin and biotechnology in the near future. In order to use the cells after analysis for therapeutical applications, the cells have to be unmodified and still alive after the analytical procedure. The analysis of nanoscopic cell residues, called cell traces, which are left behind during cell migration represent an appropriate approach. Attributes of the donor cell are shown by the cell trace characteristically. In order to use cell traces for biotechnological applications the formation and deposition of cell traces has to be repeatable. Thus, an experimental set up using Total Internal Fluorescence Microscopy (TIRF) has been established to observe the dynamic processes of cell adhesion, cell migration and the organisation of the cytoskeleton used therein. Using miscolours a new embodiment has been developed to evaluate dynamic processes. Cell adhesion, cell migration and the organisation of the actin cytoskeleton of the donor cells have been found to influence the attributes of cell traces. Further specific modified surfaces have been used to influence the deposition of cell traces. Effects have been shown for coated surfaces or surfaces with a topographic structure.
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Möglichkeiten und Strategien der Technologieclusterentwicklung - Eine Analyse der Voraussetzungen für eine erfolgreiche Clusterbildung in der Region Mainfranken / Opportunities and Strategies of Technology Cluster Development - An Analysis of Preconditions for a Successful Cluster Formation in the Region Mainfranken

Rhönisch, Anna Franziska January 2019 (has links) (PDF)
This paper focuses on the development of technology clusters and based on this, on two research questions: What are the preconditions for technology cluster development according to cluster research? And, does the region Mainfranken fulfill the requirements for a technology cluster formation? For this purpose, a qualitative study will be conducted by referring to various theoretical concepts of cluster formation. Due to this, the following determinants of cluster development can be deduced into: the traffic infrastructure and infrastructure component, the cluster environment component, the university component, the state component and the industrial component. The analysis of the parameter value of the separate cluster components shows that the core requirements of technology cluster development in the region of Mainfranken are fulfilled. Nevertheless, it is necessary to improve the infrastructure, the commercial and industrial availability of land and availability of capital to form a successful technology cluster. Within the framework of this paper, the potential of technology cluster development in the field of artificial intelligence could also be analyzed. / Dieser Beitrag konzentriert sich auf die Entwicklung von Technologieclustern und basiert auf zwei Forschungsfragen: Was sind die Voraussetzungen für die Entwicklung von Technologieclustern gemäß der Clusterforschung? Und erfüllt die Region Mainfranken die Voraussetzungen für eine Technologieclusterbildung? Zu diesem Zweck wird eine qualitative Studie unter Bezugnahme auf verschiedene theoretische Konzepte der Clusterbildung durchgeführt. Aus diesem Grund können die folgenden Determinanten der Clusterentwicklung abgeleitet werden: die Verkehrsinfrastruktur- und Infrastrukturkomponente, die Clusterumfeldkomponente, die Universitätskomponente, die Staatskomponente und die Branchenkomponente. Die Analyse der Parameterwerte der einzelnen Clusterkomponenten zeigt, dass die Kernanforderungen der Technologieclusterentwicklung in der Region Mainfranken erfüllt sind. Dennoch ist es notwendig, die Infrastruktur, die kommerzielle und industrielle Verfügbarkeit von Land und die Verfügbarkeit von Kapital zu verbessern, um ein erfolgreiches Technologiecluster zu bilden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnte darüber hinaus das Potenzial der Technologieclusterentwicklung im Bereich der künstlichen Intelligenz analysiert werden.
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Superhydrophobic Aluminum Surfaces: Preparation Routes, Properties and Artificial Weathering Impact

Thieme, Michael, Blank, Christa, Pereira de Oliveira, Aline, Worch, Hartmut, Frenzel, Ralf, Höhne, Susanne, Simon, Frank, Pryce Lewis, Hilton G., White, Aleksandr J. 18 March 2013 (has links) (PDF)
Among the materials that can be treated in order to impart superhydrophobic properties are many originally hydrophilic metals. For this, they must undergo a sequential treatment, including roughening and hydrophobic coating. This contribution presents various preparation routes along with various characterization methods, such as dynamic contact angle (DCA) measurements, scanning electron microscopy (SEM) and spectroscopic techniques (FT–IRRAS, XPS, EIS). Micro-rough surfaces of pure and alloyed aluminum were generated most easily by using a modifie Sulfuric Acid Anodization under Intensifie conditions (SAAi). This produces a micro-mountain-like oxide morphology with peak-to-valley heights of 2 μm and sub-μm roughness components. Additionally, micro-embossed and micro-blasted surfaces were investigated. These micro-roughened initial states were chemically modifie with a solution of a hydrophobic compound, such as the reactive f uoroalkylsilane PFATES, the reactive alkyl group containing polymer POMA, or the polymer Teflo ® AF. Alternatively, the chemical modificatio was made by a Hot Filament Chemical Vapor Deposition (HFCVD) of a PTFE layer. The latter can form a considerably higher thickness than the wet-deposited coatings, without detrimental leveling effects being observed in comparison with the original micro-rough surface. The inherent and controllable morphology of the PTFE layers represents an important feature. The impacts of a standardized artificia weathering (WTH) on the wetting behavior and the surface-chemical properties were studied and discussed in terms of possible damage mechanisms. A very high stability of the superhydrophobicity was observed for the f uorinated wet-deposited PFATES and Teflo ® AF coatings as well as for some of the PTFE layer variants, all on SAAi-pretreated substrates. Very good results were also obtained for specimens produced by appropriate mechanical roughening and PTFE coating.
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Automated Theorem Proving for General Game Playing

Haufe, Sebastian 10 July 2012 (has links) (PDF)
While automated game playing systems like Deep Blue perform excellent within their domain, handling a different game or even a slight change of rules is impossible without intervention of the programmer. Considered a great challenge for Artificial Intelligence, General Game Playing is concerned with the development of techniques that enable computer programs to play arbitrary, possibly unknown n-player games given nothing but the game rules in a tailor-made description language. A key to success in this endeavour is the ability to reliably extract hidden game-specific features from a given game description automatically. An informed general game player can efficiently play a game by exploiting structural game properties to choose the currently most appropriate algorithm, to construct a suited heuristic, or to apply techniques that reduce the search space. In addition, an automated method for property extraction can provide valuable assistance for the discovery of specification bugs during game design by providing information about the mechanics of the currently specified game description. The recent extension of the description language to games with incomplete information and elements of chance further induces the need for the detection of game properties involving player knowledge in several stages of the game. In this thesis, we develop a formal proof method for the automatic acquisition of rich game-specific invariance properties. To this end, we first introduce a simple yet expressive property description language to address knowledge-free game properties which may involve arbitrary finite sequences of successive game states. We specify a semantic based on state transition systems over the Game Description Language, and develop a provably correct formal theory which allows to show the validity of game properties with respect to their semantic across all reachable game states. Our proof theory does not require to visit every single reachable state. Instead, it applies an induction principle on the game rules based on the generation of answer set programs, allowing to apply any off-the-shelf answer set solver to practically verify invariance properties even in complex games whose state space cannot totally be explored. To account for the recent extension of the description language to games with incomplete information and elements of chance, we correctly extend our induction method to properties involving player knowledge. With an extensive evaluation we show its practical applicability even in complex games.
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Künstliche neuronale Netze zur Beschreibung der hydrodynamischen Prozesse für den Hochwasserfall unter Berücksichtigung der Niederschlags-Abfluß-Prozesse im Zwischeneinzugsgebiet

Peters, Ronny 22 July 2008 (has links) (PDF)
Aus den Mängeln bisher verwendeter Modelle zur Abbildung des Wellenablaufes zu Prognosezwecken im Hochwasserfall wird in dieser Arbeit eine Methodik entwickelt, die die Schnelligkeit und Robustheit künstlicher neuronaler Netze mit der Zuverlässigkeit hydrodynamisch-numerischer Modellierung verbindet. Ein eindimensionales hydrodynamisches Modell beinhaltet die genaue Kenntnis der Geometrie des Flußlaufes und der Vorländer und berücksichtigt die physikalischen Prozesse des Wellenablaufes. Mit diesem deterministischen Modell ist eine Grundlage für umfangreiche Szenarienrechnungen zur Erstellung einer Datenbasis geschaffen, die die weite Spanne theoretisch möglicher Hochwasserereignisse abdeckt. Mit dieser Datenbasis können dann künstliche neuronale Netze trainiert werden, die auch im Bereich extremer Hochwasserereignisse zuverlässige Prognosen liefern. In dieser Arbeit werden mit Multilayer-Feedforward-Netzen und selbstorganisierenden Merkmalskarten zwei Netztypen als Vertreter überwacht und unüberwacht lernender neuronaler Netze auf ihre diesbezügliche Eignung untersucht und beurteilt. Desweiteren wurde die Methodik auf die Einbeziehung von Merkmalen für die Niederschlags-Abfluß-Prozesse im unbeobachteten Zwischengebiet zur Berücksichtigung lateraler Zuflüsse entlang der modellierten Fließstrecken erweitert. Die Datenbasis wurde hierfür mit einem Niederschlags-Abfluß-Modell erstellt. Ein Hauptschwerpunkt liegt in der Überführung der Eingangsdaten in charakteristische Merkmale zur Abbildung der Zielgrößen, in diesem Falle des Durchflusses und Wasserstandes am Zielpegel. So dienen die deterministischen Modelle nicht nur zur Erstellung einer verläßlichen Datenbasis für das Training der Netze, sondern ermöglichen – sowohl für die Niederschlags-Abfluß-Prozesse, als auch für die hydrodynamischen Prozesse – Analysen betreffs der Sensitivität der Modellergebnisse infolge von Änderungen der Inputdaten. Mit Hilfe dieser Analysen werden wichtige Informationen zur Findung der relevanten Merkmale erlangt. Ein Schlüssel für die erfolgreiche Eingliederung der Niederschlags-Abfluß-Prozesse in das Prognosenetz ist die Einführung eines einzigen Zustandsmerkmals, welches die gesamte meteorologische Vorgeschichte des Ereignisses zur Charakterisierung des Gebietszustandes vereinigt. Die entwickelte Methodik wurde anhand des Einzugsgebietes der Freiberger Mulde erfolgreich getestet.

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