Description Logics (DLs) are a family of logic-based knowledge representation languages used to describe the knowledge of an application domain and reason about it in formally well-defined way. They allow users to describe the important notions and classes of the knowledge domain as concepts, which formalize the necessary and sufficient conditions for individual objects to belong to that concept. A variety of different DLs exist, differing in the set of properties one can use to express concepts, the so-called concept constructors, as well as the set of axioms available to describe the relations between concepts or individuals. However, all classical DLs have in common that they can only express exact knowledge, and correspondingly only allow exact inferences. Either we can infer that some individual belongs to a concept, or we can't, there is no in-between. In practice though, knowledge is rarely exact. Many definitions have their exceptions or are vaguely formulated in the first place, and people might not only be interested in exact answers, but also in alternatives that are "close enough". This thesis is aimed at tackling how to express that something "close enough", and how to integrate this notion into the formalism of Description Logics. To this end, we will use the notion of similarity and dissimilarity measures as a way to quantify how close exactly two concepts are. We will look at how useful measures can be defined in the context of DLs, and how they can be incorporated into the formal framework in order to generalize it. In particular, we will look closer at two applications of thus measures to DLs: Relaxed instance queries will incorporate a similarity measure in order to not just give the exact answer to some query, but all answers that are reasonably similar. Prototypical definitions on the other hand use a measure of dissimilarity or distance between concepts in order to allow the definitions of and reasoning with concepts that capture not just those individuals that satisfy exactly the stated properties, but also those that are "close enough".

Die Menge an verfügbaren, elektronisch auswertbaren Informationen nimmt stetig zu. Mobiltelefone mit unterschiedlichsten Sensoren, soziale Netzwerke und das Internet der Dinge sind Beispiele für Erzeuger von potentiell interessanten und verwertbaren Daten. Das Themenfeld der ereignisverarbeitenden Systeme (Event Processing – EP) bietet Technologien und Werkzeuge an, um eintreffende Daten, sog. Ereignisse, in nahezu Echtzeit zu verarbeiten. So können z.B. Muster in den Ereignissen erkannt werden. Durch die Erstellung von abgeleiteten Ereignissen können somit weitere Systemen auf diese Mustererkennung reagieren. So können u.a. zeitbasierte Funktionalitäten realisiert werden, wie z.B. das Überwachen von Aktienkursen in einem definierten Zeitraum. Im Gegensatz zu einem nachrichtenorientierten Kommunikationssystem können in EP-Anwendungen fachlich relevante Anwendungsfunktionalitäten umgesetzt werden. Die Validierung dieser Anwendungen durch Fachexperten gewinnt dadurch eine gesteigerte Bedeutung. Die abnahmetestgetriebene Entwicklung (Acceptance Test Driven Development – ATDD) ist eine Methode der agilen Softwareentwicklung und fokussiert sich auf die Integration von Fachexperten in die Erstellung und Auswertung von automatisierbaren Testfällen. Neben dem Potential der Automatisierung von manuellen Regressionstests liegt in der Methode die Möglichkeit den Wissenstransfer zwischen Entwicklern und Fachexperten zu verbessern. Die vorliegende Arbeit leistet mehrere Beiträge zur Untersuchung von ATDD im Bereich der EP-Anwendungsentwicklung. Zunächst wurden Anforderungen für eine entsprechende Werkzeugunterstützung auf Basis der Eigenschaften von EP-Anwendungen ermittelt und der Produktqualitätsklassifikationen funktionalen Eignung, Modularität und Benutzbarkeit zugeordnet. Im Rahmen einer systematischen Literaturrecherche wurden Ansätze aus der Literatur sowie die Werkzeugunterstützung der vorhandenen Produktlösungen analysiert. Dabei wurde deutlich, dass die verwandten Lösungen die identifizierten Anforderungen nicht ausreichend erfüllen. Dadurch motiviert wurde eine Testbeschreibungssprache sowie ein ausführendes, verteiltes Testsystem konzipiert und formal beschrieben. Die Testbeschreibungssprache bietet Kommandos zur produktunabhängigen Spezifikation von Testfällen an. Mit Hilfe des Testsystems ist es möglich, diese Testfälle gegen EP-Produktlösungen auszuführen. Anhand von ausgewählten Fallstudien und einer prototypischen Umsetzung des Lösungsansatzes wurde eine Validierung vorgenommen. Dabei wird ersichtlich, dass der vorgestellte Lösungsansatz den aktuellen Stand der Technik hinsichtlich funktionaler Eignung und Modularität in diesem Anwendungsbereich übersteigt. Die Benutzbarkeit wurde anhand von zwei Benutzerstudien tiefergehend untersucht. Dabei sind erste Erkenntnisse über die praktische Nutzung der Testbeschreibungssprache sowie zukünftige Fragestellungen aufgedeckt worden. In der ersten Studie wurde das Verstehen von Testfällen untersucht und dabei die automatisierbare Testbeschreibungssprache mit einer klassischen Testbeschreibungsvorlage verglichen. Hinsichtlich der Bearbeitungsdauer wurde ein signifikanter Effekt zugunsten der automatisierbaren Sprache ermittelt. Die zweite Studie betrachtet das Spezifizieren von Testfällen. Auch hier wurden Vorteile hinsichtlich der Bearbeitungsdauer aufgedeckt.

In this thesis, three methods are investigated to express context-free tree languages by regular tree grammars. The first method is a characterization. We show restrictions to context-free tree grammars such that, for each restricted context-free tree grammar, a regular tree grammar can be constructed that induces the same tree language. The other two methods are approximations. An arbitrary context-free tree language can be approximated by a regular tree grammar with a restricted pushdown storage. Furthermore, we approximate weighted context-free tree languages, induced by weighted linear nondeleting context-free tree grammars, by showing how to approximate optimal weights for weighted regular tree grammars.

This diploma thesis attempts to improve the language-support for coping with the problem of negative emergence in dynamic Systems-of-Systems (SoS). Negative emergence is understood to be the emergence of unintended behaviour among constituent systems of a SoS in response to certain changes to the composition of constituent systems in the SoS. The architecture description language (ADL) "EventArch 2.0" approaches this problem by allowing the SoS-manager to define certain rules to manipulate the original behaviour of certain constituent systems at certain critical points of execution of the SoS to prevent unintended behaviour ("coordination rules"). This thesis approaches a solution to the following problem: to prevent the introduction of unintended behaviour through overly- or underly-restrictive coordination rules, more- or less-restrictive variants of a coordination rule would have to be applied to the SoS depending on the current composition of constituent systems in the SoS. This thesis has the goal to approach this problem by devising a mechanism to dynamically exchange a coordination rule depending on the current composition of constituent systems in the SoS. To achieve that goal, the ADL "EventArch 2.0" is extended to support the dynamic application of a coordination rule to a System-of-Systems. The dynamic application is achieved by connecting coordinators and constituent systems at runtime. As a special characteristic, each coordinator is dedicated to a specific constituent system and is responsible for achieving compliance of that system with respect to a specific coordination rule. It is shown that this architectural setup can be nicely modeled using concepts from the field of "role-based modeling". The solution does therefore employ concepts that are central to the "role-based modeling"-approach: "Role", "Base", and "Compartment". The applicability of the extended language to practical coordination-problems is shown by applying it to a constructed use case in the field of energy-efficient computing. / Die vorliegende Diplomarbeit ist mit der Verbesserung der Sprachunterstützung zur Vermeidung negativer Emergenz in dynamischen Systems-of-Systems (SoS) befasst. Negative Emergenz wird dabei als unerwünschtes Verhalten von an einem SoS beteiligten Systemen verstanden, welches auf Grund von Änderungen in der Zusammensetzung des SoS (d.h. auf Grund des Eintritts oder Austritts von konstituierenden Systemen) aufgetreten ist. Die Architekturbeschreibungssprache "EventArch 2.0" unterstützt den SoS-manager bei der Lösung dieses Problems durch die Möglichkeit das Verhalten der beteiligten Systeme in bestimmten Ausführungsmomenten durch die Definition von Koordinationsregeln zu manipulieren und auf diesem Wege das Auftreten negativer Emergenz zu vermeiden. Die Diplomarbeit ist ein Beitrag zur Lösung des folgenden Problems: Um die Einführung von unerwünschtem Verhalten durch übermäßig- oder unzureichend restriktive Koordinationsregeln zu verhindern, müssten unterschiedliche Varianten einer Koordinationsregel, die sich im Grade ihrer Restriktivität unterscheiden, auf das SoS angewendet werden. Diese Anwendung müßte in Abhängigkeit der aktuellen Zusammensetzung des SoS aus konstituierenden Systemen erfolgen. In der vorliegenden Diplomarbeit wird eine Möglichkeit entwickelt um eine Koordinationsregel zur Laufzeit in Abhängigkeit der aktuellen Zusammensetzung des SoS aus konstituierenden Systemen auszutauschen. Sie leistet damit einen Beitrag zur Lösung des vorgenannten Problems. In der Arbeit wird die Architekturbeschreibungssprache "EventArch 2.0" um die Möglichkeit des dynamischen Austausches von Koordinationsregeln erweitert. Dabei werden Koordinationsregeln angewendet durch die gezielte Verbindung von Koordinatoren und konstituierenden Systemen. Die Besonderheit des Ansatzes besteht darin, dass jedem konstituierenden System ein persönlicher Koordinator zugeordnet wird, d.h. ein Koordinator der ausschließlich für die Anpassung des Verhaltens des jeweiligen Systems an eine bestimmte Koordinationsregel verantwortlich ist. In der Arbeit wird gezeigt, dass dieser architektonische Ansatz durch zentrale Konzepte des Modellierungsansatzes "rollenbasierte Modellierung" modelliert werden kann. In der entwickelten Spracherweiterung werden daher die Konzepte "Rolle", "Basis" und "Compartment" verwendet. Die Anwendbarkeit der erweiterten Sprache, wird durch deren Anwendung auf einen konstruierten Anwendungsfall aus dem Bereich der Energie-effizienten Berechnung gezeigt.