004 Datenverarbeitung; Informatik
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DoSeR - A Knowledge-Base-Agnostic Framework for Entity Disambiguation Using Semantic Embeddings
(2016)
Entity disambiguation is the task of mapping ambiguous terms in natural-language text to its entities in a knowledge base. It finds its application in the extraction of structured data in RDF (Resource Description Framework) from textual documents, but equally so in facilitating artificial intelligence applications, such as Semantic Search, Reasoning and Question & Answering. In this work, we propose DoSeR (Disambiguation of Semantic Resources), a (named) entity disambiguation framework that is knowledge-base-agnostic in terms of RDF (e.g. DBpedia) and entity-annotated document knowledge bases (e.g. Wikipedia). Initially, our framework automatically generates semantic entity embeddings given one or multiple knowledge bases. In the following, DoSeR accepts documents with a given set of surface forms as input and collectively links them to an entity in a knowledge base with a graph-based approach. We evaluate DoSeR on seven different data sets against publicly available, state-of-the-art (named) entity disambiguation frameworks. Our approach outperforms the state-of-the-art approaches that make use of RDF knowledge bases and/or entity-annotated document knowledge bases by up to 10% F1 measure.
Abstract zum Dissertationsfragment "Spotzuordnung und Wellenfront-Rekonstruktion für Shack-Hartmann-Sensoren" von Sascha Groening (20.04.1972 - 16.11.2001)
Sascha Groening war nach seinem Studium der Informatik an der Universität Passau von 01.Oktober 1998 bis 16. November 2001 wissenschaftlicher Mitarbeiter der Forschungsgruppe Entscheidungsunterstützende Systeme innerhalb des Forschungsverbundes Wissensbasierte Systeme, die 2005 in das Institut für Softwaresystem in technischen Anwendungen der Informatik an der Universität Passau überging.
Tragischerweise ist er am 16. November 2001 im Alter von nur 28 Jahren kurz vor der Fertigstellung seiner Dissertation völlig überraschend verstorben. In seiner Dissertation beschäftigte er sich mit Fragestellungen aus dem Teilprojekt „Entwicklung eines Messverfahrens mit hohem Dynamikbereich für die Qualitätssicherung von optischen Asphären für die in‐situ Messung von Wellenfronten (kurz Wellensensor)“ des Forschungsverbundes FORMIKROSYS II, der von der Bayerischen Forschungsstiftung gefördert wurde.
Auf den Sicherungen des Instituts konnten wir nur eine relativ unvollständige elektronische Version seiner Dissertation „Spotzuordnung und Wellenfrontrekonstruktion für Shack‐Hartmann‐Sensoren“ finden, da er seine Arbeit auf einem privaten PC anfertigte.
Monika Groening, seine Mutter, hat dagegen im Jahr 2013 privat unten stehenden Ausdruck seiner schriftlichen Arbeit gefunden, die einem Stand etwa zwei Wochen vor der geplanten Abgabe entspricht und die nun hiermit als Scan der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt wird.
Am Institut wurden nach Abschluss des Projektes Wellensensor die Forschungen auf diesem Gebiet nicht weiter verfolgt, da die Problemstellung des Projektes für die Partner, die die Lösung von Sascha Groening angewendet haben, zufriedenstellend gelöst war.
Im Rahmen des Projektes wurden die Leistungsgrenzen für ein Messgerät zur Vermessung von optischen Asphären (z.B. Gleitsicht‐Brillengläsern) und allgemeinen Wellenfronten (z.B. Strahlprofil eines Lasers, Wellenfront hinter einem optischen Subsystem) auf der Basis des Shack‐Hartmann‐Sensors erforscht. Das Prinzip beruht auf der geometrisch‐optischen Bestimmung lokaler Wellenfrontkrümmungen mit Hilfe eines Feldes von Mikrolinsen und einer CCD‐Kamera in der Fokalebene der Mikrolinsen. Sascha Groening entwickelte völlig neu konzipierte Auswertealgorithmen, die eine schnelle und zuverlässige Zuordnung von Fokuspunkten zu Mikrolinsen durchführen und damit eine hochgenaue Vermessung von
Ashären bei stark aberranten Wellenfronten möglich machen. Eine einfallende Wellenfront erzeugt in der Fokalebene der Mikrolinsen ein charakteristisches Spotmuster. Durch die Analyse der lokalen Ablenkungen der Spots von ihren Idealpositionen, also den Positionen, die bei Einfall einer ebenen Wellenfront entstehen würden, können Aussagen über das
lokale Steigungsverhalten der einfallenden Wellenfront getroffen werden. Je größer der Dynamikbereich des Messgerätes sein soll, desto schwieriger wird das Problem der Zuordnung von Spot zu Mikrolinse. Genau diese Herausforderung wurde von Sascha Gröning durch einen iterativen Spline‐Passungs‐Algorithmus schnell und elegant gelöst. Wenn dann
die Spotzuordnung erfolgt ist, kann die Wellenfront aus den lokalen Ablenkungen der Spots rekonstruiert werden.
Das Fragment der Dissertationsschrift ist vollständig bis auf Kapitel 1 Einleitung und Kapitel 7 Zusammenfassung. Außerdem fehlen in Kapitel 4 noch die Beschreibungen einiger untersuchter Verfahren zur Spotdetektion und in den Unterkapiteln von 5 und 6 fehlen die Verfahren zur Spotzuordnung und Wellenfrontrekonstruktion bei nicht stetig differenzierbaren bzw. unstetigen Wellenfronten. Ansonsten bietet die Arbeit aber einen guten Überblick über den Stand der Technik zur damaligen Zeit und erklärt die grundlegenden Verfahren, die von Sascha Groening erforscht und entwickelt wurden. In Kapitel 2 werden ausführlich das Funktionsprinzip des Shack‐Hartmann‐Sensors und die Wellenfrontvermessung erklärt, wobei speziell auf das Zuordnungsproblem von Spot zu Mikrolinse und auf die globale Wellenfrontrekonstruktion aus einem Feld partieller Ableitungen eingegangen wird.
Die mathematischen Grundlagen wie Tensorprodukt‐Splines oder die Lösungsverfahren für lineare Ausgleichsprobleme ohne und mit linearen Nebenbedingungen werden in Kapitel 3 gelegt. Einen ersten Schwerpunkt bildet Kapitel 4, das sich mit der Spotdetektion beschäftigt. Nach der Erläuterung der optischen Grundlagen wird die Spotentstehung mathematisch modelliert, um so geeignete Detektionsverfahren ableiten zu können.
Im zentralen Kapitel 5 der Dissertation geht es um die Spotzuordnung. Nach der Vorstellung bekannter Verfahren wird die neu entwickelte Spotzuordnung durch iterative Funktionspassung beschrieben. Nach einer initialen Zuordnung von einigen zentralen Spots, die unter Nutzung von Nebenwissen problemlos möglich ist, wird dann iterativ mit Hilfe von Splinepassungen vorgegangen. Bei einer vorhandenen Zuordnung wird durch Extrapolation der berechneten Splinepassung der Suchbereich für weitere, nicht zugeordnete Spots ausgedehnt, und diese werden dann wiederum korrekt zugeordnet. Diese Schritte werden iterativ wiederholt, bis alle Spots zugeordnet sind. Die Vorgehensweise, von bekanntem in unbekanntes Gebiet zu extrapolieren führt hier vortrefflich zum Ziel. Sascha Groening zeigt auch, dass der Erfolg vom gewählten Funktionsraum, hier Tensorprodukt‐Splines, abhängt. Schließlich runden die Verfahren zur Wellenfrontrekonstruktion, die ebenfalls auf Spline‐Passungen basieren, in Kapitel 6 die Arbeit ab.
Mit der Bereitstellung dieses Fragments seiner Dissertation wollen wir die geleistete Arbeit von Sascha Groening an der Universität Passau würdigen und hoffen, dass seine Ergebnisse ihren Platz in der wissenschaftlichen Gemeinschaft finden.
Im Mai 2015, Dr. Erich Fuchs
Eine Gruppe erfüllt die Tits-Alternative, wenn sie entweder eine nicht-abelsche freie Untergruppe vom Rang 2 enthält oder virtuell auflösbar ist, d. h. eine auflösbare Untergruppe von endlichem Index enthält. Diese Eigenschaft geht auf J. Tits zurück, der sie für endlich erzeugte lineare Gruppen nachwies. Es wird eine relevante Klasse endlich präsentierter Gruppen in Bezug auf die Tits-Alternative untersucht. Die betrachteten Gruppen stellen eine Verallgemeinerung von Pride-Gruppen und der von Vinberg betrachteten Gruppen erzeugt von periodisch gepaarten Relationen für drei Erzeugende dar. Zusätzlich treten diese Gruppen als Fundamentalgruppen hyperbolischer Orbifaltigkeiten auf. Es wird der Nachweis der Tits-Alternative unter bestimmten Voraussetzungen an die Präsentierungen der betrachteten Gruppen erbracht. Für diesen Nachweis werden verschiedene Methoden angewandt: Es werden zum einen homomorphe Bilder der Gruppen betrachtet. Zum anderen wird die Existenz wesentlicher Darstellungen in eine lineare Gruppe nachgewiesen. Basierend auf diesen Darstellungen kann in vielen Fällen der Nachweis der Existenz nicht-abelscher freier Untergruppen erbracht werden. Zusätzlich wird für den Nachweis der Endlichkeit und damit der Tits-Alternative einiger Gruppen eine Methode angewandt, die auf Berechnungen von Gröbner-Basen in nicht-kommutativen Polynomringen basiert. Es wird dabei die Dimension der Gruppenringe betrachtet als Vektorräume berechnet. Für die betrachtete Klasse von Gruppen wird für Relationen der Blocklänge 1 die Tits-Alternative vollständig nachgewiesen. Als Folgerung ergibt sich eine Klassifikation der endlichen unter diesen Gruppen.
In dieser Arbeit wird ein Formalismus zur implementierungs-, sprach- und repräsentationsunabhängigen Beschreibung von Programmmanipulationen wie beispielsweise Merge, Featurekomposition und Interaktionsanalyse entwickelt. Dieser soll insbesondere der anwendungsnahen und wiederverwendbaren Definition von Programmanipulationen dienen. Programmmanipulationen werden auf repräsentationsunabhängige, deklarative Art mit Mitteln der Kategorientheorie beschrieben. Auf Grundlage einer Analyse des Text-To-Model-Frameworks EMFText werden Graphvarianten aus der algebraischen Graphtransformationstheorie zur Programmrepräsentation ausgewählt. Diese Graphvarianten werden anhand ihrer charakteristischen Merkmale in Graphfeatures aufgespalten. Auf Grundlage von Sketches, einer graphbasierten und kategorientheoretischen Art der algebraischen Spezifikation, wird eine Vorgehensweise für die formale Definition von Graphfeatures entwickelt. Diese Graphfeatures kann man auf flexible Weise zu sprachübergreifenden graphbasierten Programmrepräsentationen kombinieren. Als Anwendungen des Formalismus wurden der Merge und die Featurekomposition beschrieben.
Das Zeichnen von Graphen beschäftigt sich mit der Frage, wie die durch einen Graphen repräsentierten Informationen für einen Betrachter übersichtlich und verständlich dargestellt werden können. Die Graphklasse der Bäume dient insbesondere zur Repräsentation von hierarchischen Strukturen. Neben den hierarchisch und radial darstellenden Verfahren werden Bäume auch auf dem orthogonalen Gitter gezeichnet, in welchem die Knoten auf ganzzahligen Koordinaten liegen und die Kanten entlang der horizontalen und vertikalen Gitterlinien verlaufen. Gewünscht wird eine gute Lesbarkeit der Zeichnungen und deren effiziente Berechnung. Für die formale Bewertung der Lesbarkeit existieren speziell für das Zeichnen von Bäumen definierte Ästhetikkriterien, wie eine ebenenweise Darstellung, die Ordnungserhaltung und Kriterien zur Darstellung von Subgraphisomorphien und Symmetrien. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit einer bislang wenig studierten Erweiterung des orthogonalen Gitters auf das hexagonale und oktagonale Gitter durch das Hinzunehmen von einer bzw. beider diagonalen Gitterrichtungen, und der Problemstellung, wie Bäume darauf gezeichnet werden. Dadurch können auch Bäume mit einem höheren Grad gezeichnet werden als auf dem orthogonalen Gitter. Die Einschränkung, dass nur Bäume gezeichnet werden können, deren Grad kleiner ist als die Anzahl der Gitterrichtungen des verwendeten Gitters, besteht jedoch weiterhin. Als Ästhetikkriterien werden die lokale Uniformität, die die Länge der ausgehenden Kanten eines Knotens festlegt, und Pattern, die deren Richtungen festlegen, eingeführt. Gegenüber dem bekannten linearen Flächenverbrauch von geradlinigen Zeichnungen von vollständigen Binärbäumen auf dem orthogonalen Gitter, werden für Zeichnungen von vollständigen d-nären Bäumen mit d > 2 nicht-lineare untere Schranken für die benötigte Fläche auf dem hexagonalen und dem oktagonalen Gitter gezeigt. Insgesamt werden für vollständige und beliebige, geordnete und ungeordnete Bäume obere und untere Flächenschranken für Zeichnungen auf dem hexagonalen und oktagonalen Gitter präsentiert. Dabei zeigt sich, dass bei nicht-ordnungserhaltenden Zeichnungen zwar mehr als lineare, aber deutlich weniger als quadratische Fläche benötigt wird. Im Gegensatz dazu gibt es geordnete Bäume, deren ordnungserhaltende Zeichnungen exponentielle Fläche benötigen. Des Weiteren wird die Ermittlung der minimalen Zeichenfläche für geordnete d-näre Bäume ebenso als NP-vollständig bewiesen, wie das Zeichnen von ungeordneten d-nären Bäumen mit einheitlichen Kantenlängen. Schließlich werden zwei Linearzeitalgorithmen vorgestellt, die geordnete d-näre Bäume unter Einhaltung der genannten Ästhetikkriterien zeichnen.
Das Vergleichen und Aggregieren von Informationen ist ein zentraler Bereich in der Analyse von Wahlsystemen. In diesen müssen die verschiedenen Meinungen von Wählern über eine Menge von Kandidaten zu einem möglichst gerechten Wahlergebnis aggregiert werden. In den meisten politischen Wahlen entscheidet sich jeder Wähler durch Ankreuzen für einen einzigen Kandidaten. Daneben werden aber auch Rangordnungsprobleme als eine Variante von Wahlsystemen untersucht. Bei diesen bringt jeder Wähler seine Meinung in Form einer totalen Ordnung über der Menge der Kandidaten zum Ausdruck, wodurch seine oftmals komplexe Meinung exakter repräsentiert werden kann als durch die Auswahl eines einzigen, favorisierten Kandidaten. Das Wahlergebnis eines Rangordnungsproblems ist dann eine ebenfalls totale Ordnung der Kandidaten, welche die geringste Distanz zu den Meinungen der Wähler aufweist. Als Distanzmaße zwischen zwei totalen Ordnungen haben sich neben anderen Kendalls Tau-Distanz und Spearmans Footrule-Distanz etabliert. Durch moderne Anwendungsmöglichkeiten von Rangordnungsproblemen im maschinellen Lernen, in der künstlichen Intelligenz, in der Bioinformatik und vor allem in verschiedenen Bereichen des World Wide Web rücken bereits bekannte, jedoch bislang eher wenig studierte Aspekte in den Fokus der Forschung. Zum einen gewinnt die algorithmische Komplexität von Rangordnungsproblemen an Bedeutung. Zum anderen existieren in vielen dieser Anwendungen unvollständige „Wählermeinungen“ mit unentschiedenen oder unvergleichbaren Kandidaten, so dass totale Ordnungen zu deren Repräsentation nicht länger geeignet sind. Die vorliegende Arbeit greift diese beiden Aspekte auf und betrachtet die algorithmische Komplexität von Rangordnungsproblemen, in denen Wählermeinungen anstatt durch totale Ordnungen durch schwache oder partielle Ordnungen repräsentiert werden. Dazu werden Kendalls Tau-Distanz und Spearmans Footrule-Distanz auf verschiedene nahe liegende Arten verallgemeinert. Es zeigt sich dabei, dass nun bereits die Distanzberechnung zwischen zwei Ordnungen ein algorithmisch komplexes Problem darstellt. So ist die Berechnung der verallgemeinerten Versionen von Kendalls Tau-Distanz oder Spearmans Footrule-Distanz für schwache Ordnungen noch effizient möglich. Sobald jedoch partielle Ordnungen betrachtet werden, sind die Probleme NP-vollständig, also vermutlich nicht mehr effizient lösbar. In diesem Fall werden Resultate zur Approximierbarkeit und zur parametrisierten Komplexität der Probleme vorgestellt. Auch die Komplexität der Rangordnungsprobleme selbst erhöht sich. Für totale Ordnungen effizient lösbare Varianten werden für schwache Ordnungen NP-vollständig, für totale Ordnungen NP-vollständige Varianten hingegen liegen für partielle Ordnungen teilweise außerhalb der Komplexitätsklasse NP. Die Arbeit schließt mit einem Ausblick auf offene Problemstellungen.
Increased usage and integration of state-of-the-art information technology in our everyday work life aims at increasing the working efficiency. Due to unhandy human-computer-interaction methods this progress does not always result in increased efficiency, for mobile workers in particular. Activity recognition based contextual computing attempts to balance this interaction deficiency. This work investigates wearable, on-body sensing techniques on their applicability in the field of human activity recognition. More precisely we are interested in the spotting and recognition of so-called manipulative hand gestures. In particular the thesis focuses on the question whether the widely used motion sensing based approach can be enhanced through additional information sources. The set of gestures a person usually performs on a specific place is limited -- in the contemplated production and maintenance scenarios in particular. As a consequence this thesis investigates whether the knowledge about the user's hand location provides essential hints for the activity recognition process. In addition, manipulative hand gestures -- due to their object manipulating character -- typically start in the moment the user's hand reaches a specific place, e.g. a specific part of a machinery. And the gestures most likely stop in the moment the hand leaves the position again. Hence this thesis investigates whether hand location can help solving the spotting problem. Moreover, as user-independence is still a major challenge in activity recognition, this thesis investigates location context as a possible key component in a user-independent recognition system. We test a Kalman filter based method to blend absolute position readings with orientation readings based on inertial measurements. A filter structure is suggested which allows up-sampling of slow absolute position readings, and thus introduces higher dynamics to the position estimations. In such a way the position measurement series is made aware of wrist motions in addition to the wrist position. We suggest location based gesture spotting and recognition approaches. Various methods to model the location classes used in the spotting and recognition stages as well as different location distance measures are suggested and evaluated. In addition a rather novel sensing approach in the field of human activity recognition is studied. This aims at compensating drawbacks of the mere motion sensing based approach. To this end we develop a wearable hardware architecture for lower arm muscular activity measurements. The sensing hardware based on force sensing resistors is designed to have a high dynamic range. In contrast to preliminary attempts the proposed new design makes hardware calibration unnecessary. Finally we suggest a modular and multi-modal recognition system; modular with respect to sensors, algorithms, and gesture classes. This means that adding or removing a sensor modality or an additional algorithm has little impact on the rest of the recognition system. Sensors and algorithms used for spotting and recognition can be selected and fine-tuned separately for each single activity. New activities can be added without impact on the recognition rates of the other activities.
Unverkettbare Nachrichten sind ein Grundbaustein anonymer Kommunikation. Anonymisierungsnetze schützen mittels Unverkettbarkeit, wer mit wem kommuniziert sowie die Identität der Beteiligten einer Kommunikationsbeziehung. Anonymisierungsnetze benötigen Kooperation, da die Anonymität durch Ressourcen anderer Teilnehmer geschützt wird. Wenn die Kosten und der Nutzen eines Anonymisierungsnetzes transparent sind, ergeben sich Zielkonflikte zwischen rationalen Teilnehmern. Es wird daher untersucht, inwiefern daraus resultierendes egoistisches Verhalten die Widerstandsfähigkeit dieser Netze beeinträchtigt. Störungen werden in einem spieltheoretischen Modell untersucht, um widerstandsfähige Konfigurationen von Anonymisierungsnetzen zu ermitteln. Eine weitere Störquelle sind Überflutungsangriffe mittels unverkettbarer Nachrichten. Es soll sowohl die Verfügbarkeit als auch die Anonymität geschützt werden. Dazu wird Unverkettbarkeit für Nachrichten aufrecht erhalten, außer wenn die Senderate eines Nachrichtenstroms eine Richtlinie überschreitet. Innerhalb verkettbarer Nachrichten können Überflutungsangriffe erkannt werden. Darüber kann die Verfügbarkeit des Netzdienstes geschützt werden.
Computerunterstützte Beratungssysteme finden sowohl in der Industrie als auch im akademischen Bereich eine zunehmende Bedeutung. Die Anforderungen an solche Systeme sind hinsichtlich der abbildbaren Strukturen, der Flexibilität der Anfragen und der Vollständigkeit und Korrektheit der Antworten hoch. Dies gilt insbesondere für Planungsprobleme in strukturierten Domänen. Derartige Probleme treten beispielsweise bei der Erstellung von Tests auf der Grundlage einer Menge von Fragen und gewissen Anforderungen an den Test, bei der Konsistenzprüfung von Studienordnungen und bei der computerunterstützten Studienberatung auf. In der vorliegenden Arbeit wird ein Framework zur Behandlung eben genannter Probleme präsentiert. Die vorgestellte Lösung bietet durch den modellbasierten Ansatz und die entwickelte anwendungsnahe Modellierungssprache – gerade auch im Vergleich zu existierenden Ansätzen – einen sehr hohen Grad an Abstraktion, Allgemeingültigkeit, Ausdrucksstärke, Flexibilität und Integrierbarkeit. Im Rahmen des entwickelten Modells wird eine geeignete Verzahnung von strukturellen und constraintbasierten Aspekten erreicht. Der hierbei in Syntax und Semantik definierte Constraintbegriff kann darüber hinaus als Formalisierung und Verallgemeinerung von Pfadconstraints bzw. Pfadanfragen in hierarchischen Datenmodellen aufgefasst werden. Für die interne Repräsentation erweist sich ein logikbasierter Ansatz mit Constraints, nämlich Answer Set Programming mit Gewichten, als eine ausgezeichnete Methode bezüglich der Ausdrucksstärke, Mächtigkeit und Adäquatheit. Die Praxistauglichkeit des verfolgten Ansatzes im Hinblick auf Performanz und Skalierbarkeit wird in verschiedenen realen Anwendungsfällen demonstriert.
Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der dreidimensionalen Rekonstruktion reflektierender Oberflächen. Dabei wird sowohl die Oberflächenform als auch die absolute Lage im Raum bestimmt. Es werden Oberflächen behandelt, die einerseits total reflektieren, andererseits diffuse und spiegelnde Reflexionsanteile aufweisen. Zur Lösung des Problems werden zwei Kameras und mehrere Lichtquellen verwendet. Eine genauere Analyse der Lichtreflexion an spiegelnden Objekten führt zu einer Beschreibung des Problems als Lösung einer totalen Differentialgleichung. Diese Lösung wird als Startwert für die Rekonstruktion partiell reflektierender Oberflächen verwendet.