Universität Stuttgart
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Item Open Access Quantifizierung von Unsicherheiten in mikroskopischer Verkehrssimulation(2017) Parga Cacheiro, DominicStraßenverkehr ist allgegenwärtig. Jeden Tag fahren viele Menschen mit dem Auto durch die Straßen und dabei können sehr interessante Phänomene betrachtet werden, die den Verkehrsfluss verbessern oder verschlechtern. Beim Planen und Designen von Verkehrsnetzen ist es wichtig, solche Einflüsse zu berücksichtigen. Aus diesem Grund sind Verkehrssimulationen notwendig. Es gibt im wesentlichen zwei große Modelltypen. Die makroskopischen Modelle sehen den Verkehr als großes System und versuchen, dessen Phänomene aus einem globalen Blickwinkel zu erklären. Die mikroskopischen Modelle betrachten die Fahrzeuge einzeln, d.h. die Fahrzeuge agieren nicht von einer globalen Logikeinheit gesteuert, sondern selbstbestimmt und aus einem lokalen Blickwinkel heraus. In dieser Arbeit wird das Nagel-Schreckenberg-Modell verwendet, ein mikroskopisches Modell zur Beschreibung von Fahrverhalten auf einer einspurigen Straße, das mittels einfacher stochastischer Mittel Phänomene wie Staus aus dem Nichts hervorbringt. Dieses Modell wurde um eine allgemein gültige Kreuzungslogik erweitert. Im Rahmen dieser Arbeit wird das so entstandene Verkehrsmodell um die Mehrspurigkeit ergänzt. Das beinhaltet eine Überarbeitung der bestehenden Verkehrslogik und das Einführen von Spurwechseln inklusive Stauinversion. Im Anschluss wird auf Implementierungsdetails eingegangen und das Modell mit realen Daten verglichen, um qualitative Aussagen über den Verkehr zu machen.Item Open Access Exploring how personality affects perception of uncertainty visualization(2025) Aboulgadayel, OmarInterpreting uncertainty visualizations can be cognitively demanding, and individual differences, such as personality traits, may affect how people perceive such visualizations. While prior research has explored personality and cognitive load independently, few studies have investigated their combined influence on perception and decision-making in uncertainty visualizations. We conducted an experiment based on a wildfire evacuation task that compared textual and visual representations of uncertainty. Participants completed the NASA Task Load Index to assess perceived cognitive workload and a Big Five personality traits test to measure individual differences in personality. Consistent with prior findings, visual representations led to higher evacuation rates and faster decision times compared to textual representations. However, textual representations were associated with lower perceived cognitive workload. Personality traits significantly impacted decision-making behavior and perceived cognitive workload. Participants high in extraversion, neuroticism or openness were more likely to evacuate, while those high in agreeableness or conscientiousness were less likely to evacuate and tended to take more time to decide. Additionally, agreeableness and conscientiousness were positively correlated with perceived cognitive workload across all representations, whereas neuroticism and openness showed negative correlations, though only in certain representations. These findings offer new insights into how personality affects the perception and cognitive load in the context of uncertainty visualizations.Item Open Access Distributed Deep Reinforcement Learning for Learn-to-optimize(2023) Mayer, PaulIn the context of increasingly complex applications, e.g., robust performance tuning in Integrated Circuit Design, conventional optimization methods have difficulties in achieving satisfactory results while keeping to a limited time budget. Therefore, learning optimization algorithms becomes more and more interesting, replacing the established way of hand-crafting or tweaking algorithms. Learned algorithms reduce the amount of assumptions and expert knowledge necessary to create state-of-the-art solvers by decreasing the need of hand-crafting heuristics and hyper-parameter tuning. First advancements using Reinforcement Learning have shown great success in outperforming typical zeroth- and first-order optimization algorithms, especially with respect to generalization capabilities. However, training still is very time consuming. Especially challenging is training models on functions with free parameters. Changing these parameters (that could represent, e.g., conditions in a real world example) affects the underlying objective function. Robust solutions therefore depend on thorough sampling, which tends to be the bottleneck considering time consumption. In this thesis we identified the runtime bottleneck of the Reinforcement Learning Algorithm and were able to decrease runtime drastically by distributing data collection. Additionally, we studied the effects of combining sampling strategies in regards to generalization capabilities of the learned algorithm.Item Open Access Visuelle Analyse gemeinsamer Sequenzen(2020) Galuschka, MarcelIn den sozialen Medien verbreiten sich Texte schnell. Dieses Phänomen lässt sich auch in historischen Zeitungsartikeln erkennen. Forscher aus der Literaturwissenschaft und der Kulturwissenschaft befassen sich mit diesem Thema und untersuchen eine Menge von Texten. In dieser Arbeit erstellen wir dazu einen Prototyp, mit welchem es möglich ist, diese Texte untereinander zu vergleichen und zwei Texte im Vergleich genauer zu betrachten. Außerdem diskutieren wir hier, aus welchem Grund wir diese Darstellung gewählt und wie wir diese verwirklicht haben. Darüber hinaus haben wir diesen Prototyp einer Literaturwissenschaftlerin vorgestellt, welche mit diesem sprachliche Veränderungen zwischen den Texten erkennen kann.Item Open Access Erschließen von Freitextfeldern mittels Text Mining und die Qualität der gewonnenen Informationen(2017) Link, MarcoVermehrt fallen innerhalb von Firmen neben den einfach auszuwertenden strukturierten Daten, auch unstrukturierte Daten in Form von Freitexten an. In dieser Ausarbeitung werden Techniken zur Strukturierung von Freitexten sowie verwandte Arbeiten und Vor- und Nachteile der Nutzung von Freitexten vorgestellt. Der Fokus liegt auf der Repräsentation der Daten als Vektoren und der Filterung von Stoppwörtern. Außerdem wird ein Prototyp zum Clustern von Freitextfeldern vorgestellt und auf einen Datensatz der NHTSA angewendet. Durch die Anwendung des Prototyps auf den NHTSA-Datensatz wird geklärt, inwiefern dieser Informationen in den Freitextfelder enthält, die nicht in den strukturierten Daten enthalten sind. Und ob das Clustering zu vollständigeren Informationen, das heißt zur erhöhter Datenqualität führt. Die Beantwortung geschieht durch Datenanalysen auf den vom Prototyp erweiterten Datensatz. Eine zusätzliche Anwendung und Auswertung des Prototyps, findet auf einen Datensatz aus der Industrie statt.Item Open Access Average case considerations for Mergelnsertion(2018) Stober, FlorianThe MergeInsertion Algorithm, also known as Ford-Johnson Algorithm, is a sorting algorithm that was discovered by Ford and Johnson in 1959. It was later described by Knuth as MergeInsertion. The algorithm can be divided into three steps: First pairs of elements are compared. Then the larger half is sorted using MergeInsertion. And last the remaining elements are inserted. The most interesting property of this algorithm is the number of comparisons it requires, which is close to the information-theoretic lower bound. While the worst-case behavior is well understood, only little is known about the average-case. This thesis takes a closer look at the average case behavior. An upper bound of n log n − 1.4005n + o(n) is established. For small n the exact values are calculated. Furthermore the impact of different approaches to binary insertion on the number of comparisons is explored. To conclude we perform some experiments to evaluate different approaches on improving MergeInsertion.Item Open Access Routinen zur Auswertung von Simulationen mit ESPResSo zur virtuellen Weiterentwicklung von Innenraumfiltern(2016) Lekar, DominikInnenraumfilter dienen dazu, die Insassen und das Lüftungsgerät vor Staub, Pollen und anderen Partikeln zu schützen. Die derzeitige Entwicklung von solchen Filtermedien erfolgt meist nach der Trial-and-Error-Methode und erfordert daher einen hohen Versuchsaufwand. Um die Entwicklung der Filtermedien voranzubringen, wird in dieser Arbeit ein Skript für die Software für Molekulardynamik „ESPResSo“ erweitert. Ziel ist die kontinuierliche Beladung einzelner Fasern mit unterschiedlichen Partikeltypen. Die Evaluierung des Skripts geschieht durch die Auswertung von gewonnenen Simulationsergebnissen. Aus diesen wird ersichtlich, dass der Abscheidegrad eines Partikeltyps von seiner Trägheit abhängt und dieser durch die Wahl unterschiedlicher Parameter beeinflusst werden kann.Item Open Access Determining carbon dioxide footprint using data center simulators(2022) Keppler, MichaelThe modern world relies more and more on highly available software and digital data. To make this possible, the demands on data centers are increasing to provide the services in the required quality. This is associated with an increase in their power consumption and thus also their CO2 emissions. Today, they are already among the largest consumers of electricity and producers of CO2. Due to climate change and the set target of limiting global warming to a maximum of 2° Celsius, the aim is to reduce CO2 emissions. To calculate the CO2 footprint of data centers, data center simulators are already used in their planning phases. Simulators provide operators with important information about the future data center and show room for improvement. This thesis deals with the calculation of the Co2 footprint of data centers, the associated factors and provides an extended approach to the calculation of the CO2 footprint. Using a life cycle assessment approach, it is shown how the carbon footprint of data centers can be comprehensively calculated. For this purpose, several life cycle stages are determined that contribute to the CO2 footprint during the life cycle of a data center. Based on the life cycle stages, requirements for simulators are developed and, with the help of these, four current data center simulators are evaluated in their ability to calculate a CO2 footprint. Since current simulators calculate the CO2 footprint only partially and incompletely, the analysis of this work shows the need for a new simulator. Based on the analyzed life cycle stages, a new simulator is therefore designed. The subsequent evaluation of the simulator implemented as a proof-of-concept against the established requirements shows that the CO2 emissions of a data center can be comprehensively calculated with the demonstrated concept. In addition, a case study is carried out based on the High-Performance Computing Center Stuttgart and compared with the environmental statement of the HLRS.Item Open Access Modelllierung von TOSCA-basierten Deployment Modellen in Java(2020) Fuhrmann, JanIn den letzten Jahren gewinnt das Thema Cloud Computing in vielen Bereichen der Gesellschaft zunehmend an Bedeutung. Immer mehr Unternehmen verlagern Anwendungen sowie Teile der lokalen Infrastruktur in die Cloud. Die Automatisierung des Deployments solcher Cloud-Anwendungen wird jedoch durch deren steigende Komplexität und zugleich hohe Diversität signifikant erschwert, weshalb eine einheitliche Strukturierung erforderlich ist. Die „Topology and Orchestration Specification for Cloud Applications (TOSCA)“ definiert einen Standard für die Beschreibung und das Management sowie die automatisierte Bereitstellung von Cloud-Anwendungen. Alle Komponenten einer Anwendung, in TOSCA Node Templates genannt, inklusive Abhängigkeiten und Verbindungen (Relationship Templates) werden dabei innerhalb sogenannter Topology Templates dargestellt. Bisher erfolgt die Modellierung von TOSCA Topologien ausschließlich in XML oder YAML, aber in einer objektorientierten Programmiersprache wie Java ist dies bislang nicht möglich. In dieser Arbeit wird ein Konzept vorgestellt, das eine automatisierte Konvertierung von TOSCA Node Types und Relationship Types in die Programmiersprache Java beschreibt. Diese Umwandlung findet im sogenannten „TOSCA2JAVA-Transformator“ statt, der im Rahmen dieser Arbeit entwickelt wurde. Er bildet damit die Grundlage für eine zukünftige Kreierung und Konfiguration von TOSCA Topologien in der objektorientierten Umgebung von Java.Item Open Access Service-Based Translation of Quantum Circuits(2022) Kuhn, Maximilian Jakob JohannesRecently, quantum advantage has started to attract attention to the field of quantum computing. While current devices are still noisy and error-prone, numerous vendors have already established themselves, each offering their various approaches with different characteristics and optimizations. In the era of Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) computers, quantum circuits must be compiled and executed as efficiently as possible, to best utilize the limited quantum resources available. Therefore, selecting a fitting vendor is a major part of programming for quantum devices. However, different vendors offer different, often incompatible frameworks. Compiled circuits are also highly complex, making manual comparison non-trivial. The NISQ Analyzer has been presented as a solution to this issue. It automates the compilation process of a circuit over a subset of usually incompatible providers. For this purpose it utilizes translation, allowing it to access multiple frameworks even with a circuit only provided in one language. In this thesis, we extend upon this functionality. We make new frameworks available for translation, employing existing translation functionality where possible. For proof of concept, we also implement compilation for a new vendor using the NISQ Analyzer, utilizing our translations. Additionally, we include a detailed evaluation of the reliability of translation frameworks, as well as a case study showing how our extensions can be put to use.