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Der Kooperative Bibliotheksverbund Berlin-Brandenburg (KOBV) wurde in den Jahren 1997-2000 im Rahmen eines wissenschaftlichen Projektes eingerichtet. Er stellt eine neuartige Form von Bibliotheksverbund dar. Sein technisches Konzept und sein organisatorischer Aufbau basieren auf der Internetphilosophie. Den informationstechnischen Kern bildet eine Suchmaschine, die die heterogenen lokalen Bibliothekssysteme miteinander verbindet. Die KOBV-Organisation ist dezentral. Sie wird getragen von der Kooperation der Bibliotheken in Berlin und Brandenburg; diese werden von einer kleinen Verbundzentrale unterstützt. Die KOBV-Suchmaschine ist zu erreichen unter: {\begin{rawhtml}<a href="http://www.kobv.de/suche/"> <i> http://www.kobv.de/suche/ </i> </a>\end{rawhtml}}
Dieser kurze Artikel hat keine umfassende Übersicht zum Ziel. Basierend auf eigenen Erfahrungen durch Projekte mit Industriefirmen möchte ich einige Branchen erwähnen, bei denen nach meiner Einschätzung Mathematik in Zukunft zunehmend Anwendung finden wird. Ich werde das anhand konkreter Beispiele erläutern. Mathematik ersetzt in der Regel traditionelle Analyse-, Planungs- und Entwurfstechniken. Den (nicht leichten) Schritt zum Einsatz mathematischer Methoden macht ein Praktiker nur, wenn es sich für ihn ``lohnt''. Wann sich dies lohnt, ist schwer abzuschätzen. Man kann aber einige Indikatoren dafür finden, ob eine Branche für den Einsatz von Mathematik ``reif'' ist. Ob es dann dazu kommt, hängt von vielen Faktoren ab, nicht zuletzt von der Psychologie und dem sozialen Umfeld der beteiligten Personen sowie der Bereitschaft, sich auf ein so schwieriges Terrain zu begeben und Kompromisse einzugehen. Gerade letzteres fällt Mathematikern gelegentlich schwer.
This paper surveys frequency assignment problems coming up in planning wireless communication services. It particularly focuses on cellular mobile phone systems such as GSM, a technology that revolutionizes communication. Traditional vertex coloring provides a conceptual framework for the mathematical modeling of many frequency planning problems. This basic form, however, needs various extensions to cover technical and organizational side constraints. Among these ramifications are $T$-coloring and list coloring. To model all the subtleties, the techniques of integer programming have proven to be very useful. The ability to produce good frequency plans in practice is essential for the quality of mobile phone networks. The present algorithmic solution methods employ variants of some of the traditional coloring heuristics as well as more sophisticated machinery from mathematical programming. This paper will also address this issue. Finally, this paper discusses several practical frequency assignment problems in detail, states the associated mathematical models, and also points to public electronic libraries of frequency assignment problems from practice. The associated graphs have up to several thousand nodes and range from rather sparse to almost complete.
Telota - was soll das?
(2001)
Telota ist ein Kunstwort, das für alle Aktivitäten der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften steht, die der Förderung von Forschung, Kommunikation und Präsentation durch elektronische Medien dienen. In diesem Artikel werden die Entstehung des Telota-Projektes geschildert und die Ziele diskutiert, die mit diesem Projekt erreicht werden sollen. Es geht darum, moderne Informationstechnik bewusst, geplant und nachhaltig für alle Belange der {\rm BBAW} einzusetzen. Informationstechnische Werkzeuge sollen für die wissenschaftliche Arbeit effizient genutzt werden; die Information nach innen und nach außen soll deutlich verbessert werden; eine bessere Kommunikationsinfrastuktur soll die Zusammenarbeit fördern.
Empfehlungen des Wissenschaftsrates zur digitalen Informationsversorgung durch Hochschulbibliotheken
(2001)
Der Wissenschaftsrat hat in seiner Juli-Sitzung 2001 \glqq Empfehlungen zur digitalen Informationsversorgung durch Hochschulbibliotheken \grqq verabschiedet. Einige der Vorschläge des Wissenschaftsrates können, falls sie von den angesprochenen Institutionen aufgenommen werden, zu einer nachhaltigen Veränderung der wissenschaftlichen Informationslandschaft führen. In meinem kurzen Kommentar zu diesem Papier möchte ich auf einige dieser Anregungen hinweisen.
Mein digitaler Traum
(2001)
Von welcher "Informationsumwelt" träumt jemand, der für seine wissenschaftliche (und sonstige) Arbeit digitale Informationstechnologie intensiv einsetzt? In diesem Artikel beschreibe ich meinen "digitalen Traum". Er ist ganz einfach zu formulieren:"Ich will alles und zwar sofort, jederzeit, "überall" und kostenlos zur Verfügung haben." Ich schildere, was davon heute schon (fast) realisiert ist und was noch fehlt. Ich skizziere einige zentrale Schwierigkeiten der vollständigen Realisierung und skizziere mögliche Lösungen.
Mobile telecommunication systems establish a large number of communication links with a limited number of available frequencies; reuse of the same or adjacent frequencies on neighboring links causes interference. The task to find an assignment of frequencies to channels with minimal interference is the frequency assignment problem. The frequency assignment problem is usually treated as a graph coloring problem where the number of colors is minimized, but this approach does not model interference minimization correctly. We give in this paper a new integer programming formulation of the frequency assignment problem, the orientation model, and develop a heuristic two-stage method to solve it. The algorithm iteratively solves an outer and an inner optimization problem. The outer problem decides for each pair of communication links which link gets the higher frequency and leads to an acyclic subdigraph problem with additional longest path restrictions. The inner problem to find an optimal assignment respecting an orientation leads to a min-cost flow problem.
Frequenzplanung im Mobilfunk
(2002)
Telekommunikation ist seit Jahren \glqq in\grqq. Zunächst gab es einen enormen Aufschwung; neue Technologien und Dienste haben eine überwältigende, nicht vorhersehbare Akzeptanz gefunden. Derzeit ist -- ausgelöst durch die UMTS-Lizenzversteigerungen, Rezessions- und Sättigungstendenzen -- eine Krise zu verzeichnen. Viele (auch wir) sind davon überzeugt, dass technischer Fortschritt und nützliche Dienste demnächst die Stimmung wieder ändern werden. Wenigen ist allerdings bewusst, welche Rolle Mathematik bei der Entwicklung und dem effizienten Einsatz vieler der neuen Kommunikationstechnologien spielt. In diesem Artikel soll kein Überblick über diesen umfangreichen Themenkreis gegeben werden. Wir zeigen lediglich an einem konkreten Beispiel aus dem Mobilfunk, der Frequenzplanung in GSM-Funknetzen, was man durch geeignete Modellierung der praktischen Fragestellung und den Einsatz problemadäquater Algorithmen erreichen kann.
Dieser Aufsatz ist die Ausarbeitung eines Vortrags auf der 4. Jahrestagung der Gesellschaft Information Bildung (GIB) am 10. und 11. Oktober 1996 an der Humboldt-Universität Berlin. Er enthält einen Überblick über die neuesten Entwicklungen in der Informations- und Kommunikationstechnik und beleuchtet deren Auswirkungen auf den Wissenschaftsbetrieb. Er beginnt mit historischen Anmerkungen zur Entstehung der Schrift und zur Speicherung und Übertragung von Information. Er führt, nach einer knappen Diskussion der Defizite in der gegenwärtigen Informationsversorgung und einem kurzen Ausflug in die Geschichte des Internet und des World Wide Web, zu einer Darstellung ausgewählter aktueller Aktivitäten der Wissenschaften im Bereich elektronischer Information, Kommunikation, Dokumentation und Archivierung. Dabei zeigt sich, dass sich der Begriff wissenschaftlicher Information bereits zu wandeln beginnt. Zur traditionellen papiergebundenen Information treten völlig neue Informationsarten hinzu, von Software- und Datensammlungen über multimediale Information bis hin zu Fernübertagungen von wissenschaftlichen Vorträgen und Experimenten. Eine Vielzahl von Links; (URL's bzw. anklickbaren Verweisen) soll diesen Wandel nicht nur belegen, sondern auch das rasche Auffinden wichtiger Dokumente und Quellen im Internet ermöglichen.
Der Informationsaustausch in den Wissenschaften befindet sich in einer Umbruchsituation. Traditionelle, papiergebundene Publikationsformen werden durch elektronische Medien ergänzt und sogar abgelöst. Moderne Client/Server basierende Systeme und Zugriffswerkzeuge erlauben heute völlig neue Distributions- und Kommunikationsformen. In einem vom DFN und der Deutschen Telekom geförderten Projekt geht es in der vorliegenden Vorhabenbeschreibung um die konkrete inhaltliche und organisatorische Planung, ein umfassendes, möglichst alle mathematisch relevanten Ressourcen berücksichtigendes, Informationssystem für die Mathematik aufzubauen.
A beautiful result of Bröcker and Scheiderer on the stability index of basic closed semi-algebraic sets implies, as a very special case, that every $d$-dimensional polyhedron admits a representation as the set of solutions of at most $d(d+1)/2$ polynomial inequalities. Even in this polyhedral case, however, no constructive proof is known, even if the quadratic upper bound is replaced by any bound depending only on the dimension. Here we give, for simple polytopes, an explicit construction of polynomials describing such a polytope. The number of used polynomials is exponential in the dimension, but in the 2- and 3-dimensional case we get the expected number $d(d+1)/2$.
Combinatorial online optimization is an area with lots of applications and potential for significant progress, both in theory and practice. In this short note we sketch the ADACproblem, a typical large-scale online optimization problem, discuss some theoretical and pratical issues coming up, and explain, very briefly, how we approach this problem mathematically. Online problems are a battlefield of heuristics with many strong claims about their solution quality. We indicate that a stronger problem orientation and the use of a little more mathematics may yield.
A subset ${\cal C}$ of the power set of a finite set $E$ is called cardinality homogeneous if, whenever ${\cal C}$ contains some set $F$, ${\cal C}$ contains all subsets of $E$ of cardinality $|F|$. Examples of such set systems ${\cal C}$ are the sets of circuits and the sets of cycles of uniform matroids and the sets of all even or of all odd cardinality subsets of $E$. With each cardinality homogeneous set system ${\cal C}$, we associate the polytope $P({\cal C})$, the convex hull of the incidence vectors of all sets in ${\cal C}$, and provide a complete and nonredundant linear description of $P({\cal C})$. We show that a greedy algorithm optimizes any linear function over $P({\cal C})$, give an explicit optimum solution of the dual linear program, and provide a polynomial time separation algorithm for the class of polytopes of type $P({\cal C})$.
P=NP?
(2002)
Hinter der für den Uneingeweihten etwas kryptischen Frage "P = NP?" verbirgt sich das derzeit wichtigste Problem der Komplexitätstheorie. Dieser Artikel erläutert einige Aspekte der Theorie und erklärt informell, was "P = NP?" bedeutet. Es geht nicht nur um komplizierte algorithmische Mathematik und Informatik, sondern um grundsätzliche Fragen unserer Lebensumwelt. Kann man vielleicht beweisen, dass es für viele Probleme unseres Alltags keine effizienten Lösungsmethoden gibt?
Optimization is the task of finding an optimum solution to a given problem. When the decision variables are discrete we speak of a combinatorial optimization problem. Such a problem is online when decisions have to be made before all data of the problem are known. And we speak of a real-time online problem when online decisions have to be computed within very tight time bounds. This paper surveys the are of combinatorial online and real-time optimization, it discusses, in particular, the concepts with which online and real-time algorithms can be analyzed.
This paper discusses online optimization of real-world transportation systems. We concentrate on transportation problems arising in production and manufacturing processes, in particular in company internal logistics. We describe basic techniques to design online optimization algorithms for such systems, but our main focus is decision support for the planner: which online algorithm is the most appropriate one in a particular setting? We show by means of several examples that traditional methods for the evaluation of online algorithms often do not suffice to judge the strengths and weaknesses of online algorithms. We present modifications of well-known evaluation techniques and some new methods, and we argue that the selection of an online algorithm to be employed in practice should be based on a sound combination of several theoretical and practical evaluation criteria, including simulation.
Das \emph{Committee on Electronic Information and Communication} (CEIC) der \emph{International Mathematical Union} (IMU) hat die Aufgabe, sich über die langfristige Informationsversorgung in der Mathematik Gedanken zu machen und Lösungsvorschläge hierfür zu erarbeiten. Das Kernthema ist natürlich "`Elektronisches Publizieren"'. Dazu gehören auch Copyright-Regelungen. % Sie sind -- % neben einer Andeutung der weiteren CEIC-Pläne -- der Fokus dieses % kurzen Artikels. Er schließt mit einem von der IMU verabschiedeten % Aufruf zu vernünftigem Verhalten bei Copyright-Vereinbarungen. Eine % nachhaltige Befolgung dieses Aufrufs -- verbunden mit weiteren % Aktivitäten -- könnte die (derzeit kaum noch bezahlbare und % dadurch gefährdete) Literaturversorgung nachhaltig zum Positiven % verändern. Mit diesem Artikel beginnt eine kleine Serie von Aufsätzen, in denen ich (in meiner Funktion als eines von elf CEIC-Mitgliedern) die Empfehlungen des CEIC erläutern werde. % Das heutige Thema sind die % CEIC-Vorschläge zum Copyright
We present an approach to implement an auction of railway slots. Railway network, train driving characteristics, and safety requirements are described by a simplified, but still complex macroscopic model. In this environment, slots are modelled as combinations of scheduled track segments. The auction design builds on the iterative combinatorial auction. However, combinatorial bids are restricted to some types of slot bundles that realize positive synergies between slots. We present a bidding language that allows bidding for these slot bundles. An integer programming approach is proposed to solve the winner determination problem of our auction. Computational results for auction simulations in the Hannover-Fulda-Kassel area of the German railway network give evidence that auction approaches can induce a more efficient use of railway capacity.
Our main result is that every $n$-dimensional polytope can be described by at most $2n-1$ polynomial inequalities and, moreover, these polynomials can explicitly be constructed. For an $n$-dimensional pointed polyhedral cone we prove the bound $2n-2$ and for arbitrary polyhedra we get a constructible representation by $2n$ polynomial inequalities.
The line planning problem is one of the fundamental problems in strategic planning of public and rail transport. It consists in finding lines and corresponding frequencies in a transport network such that a given travel demand can be satisfied. There are (at least) two objectives. The transport company wishes to minimize operating costs, the passengers want to minimize travel times. We propose a n ew multi-commodity flow model for line planning. Its main features, in comparison to existing models, are that the passenger paths can be freely routed and that the lines are generated dynamically. We discuss properties of this model and investigate its complexity. Results with data for the city of Potsdam, Germany, are reported.
Can OR methods help the public transport industry to break even? The article gives evidence that there exist significant potentials in this direction, which can be harnessed by a combination of modern mathematical methods and local planning knowledge. Many of the planning steps in public transport are classical combinatorial problems, which can be solved in unprecedented size and quality due the rapid progress in large-scale optimization. Three examples on vehicle scheduling, duty scheduling, and integrated vehicle and duty scheduling illustrate the level that has been reached and the improvements that can be achieved today. Extensions of such methods to further questions of strategic, online, and market-oriented planning are currently investigated. In this way, OR can make a significant contribution to answer the basic but extremely difficult question ``What is a good public transport network?.
Die Anwendung mathematischer Methoden und Verfahren wird immer mehr zur Voraussetzung innovativer Produkte und Dienstleistungen. Um neue Produkte und Dienstleistungen zu entwickeln, müssen die Produktions- und technologischen Prozesse mathematisch modelliert, beschrieben und optimiert werden. Diesen Umstand Rechnung tragend, hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) 1993 begonnen, den Einsatz mathematischer Verfahren und Methoden in der Mathematik über ein spezielles Mathematikprogramm zu fördern. Inzwischen hat die vierte Förderperiode des Mathematikprogramms begonnen. \par Das Medium Internet und insbesondere das WWW sind für die Sichtbarkeit und Transparenz wissenschaftlicher Resultate in den letzten zehn Jahren immer wichtiger geworden. Wer nicht im Web "'sichtbar"' ist, läuft Gefahr, nicht wahrgenommen zu werden. Intention und Ziel des durchgeführten Projekts war es, ein Konzept für eine qualitativ hochwertige und umfassende Darstellung des BMBF Mathematikprogramms, insbesondere der in den Projekten erzielten Ergebnisse, zu entwickeln und zu realisieren und damit den Stellenwert und die Akzeptanz mathematischer Forschung in der Gesellschaft zu festigen und den Wissenstransfer zwischen mathematischer Forschung sowie Forschung und Entwicklung in der Wirtschaft und dem Dienstleistungsbereich zu fördern.
Our main result is that every n-dimensional polytope can be described by at most (2n-1) polynomial inequalities and, moreover, these polynomials can explicitly be constructed. For an n-dimensional pointed polyhedral cone we prove the bound 2n-2 and for arbitrary polyhedra we get a constructible representation by 2n polynomial inequalities.
The \emph{line planning problem} is one of the fundamental problems in strategic planning of public and rail transport. It consists of finding lines and corresponding frequencies in a public transport network such that a given travel demand can be satisfied. There are (at least) two objectives. The transport company wishes to minimize its operating cost; the passengers request short travel times. We propose two new multi-commodity flow models for line planning. Their main features, in comparison to existing models, are that the passenger paths can be freely routed and that the lines are generated dynamically.
In the simplex algorithm, solving linear systems with the basis matrix and its transpose accounts for a large part of the total computation time. We investigate various methods from modern numerical linear algebra to improve the computation speed of the basis updates arising in LPs. The experiments are executed on a large real-world test set. The most widely used solution technique is sparse LU factorization, paired with an updating scheme that allows to use the factors over several iterations. Clearly, small number of fill-in elements in the LU factors is critical for the overall performance. Using a wide range of LPs we show numerically that after a simple permutation the non-triangular part of the basis matrix is so small, that the whole matrix can be factorized with (relative) fill-in close to the optimum. This permutation has been exploited by simplex practitioners for many years. But to our knowledge no systematic numerical study has been published that demonstrates the effective reduction to a surprisingly small non-triangular problem, even for large scale LPs. For the factorization of the non-triangular part most existing simplex codes use some variant of dynamic Markowitz pivoting, which originated in the late 1950s. We also show numerically that, in terms of fill-in and in the simplex context, dynamic Markowitz is quite consistently superior to other, more recently developed techniques.
Mit dem Informationsdienst Math&Industry soll ein Prototyp eines dezentralen Informationssystems für Förderprogramme und Forschungsprojekte geschaffen werden, das sich auf andere Programme (bezüglich angewandter Mathematik, aber auch darüber hinaus) übertragen lässt. Das betrifft sowohl die Konzeption (Strukturierung der Informationen) als auch die Werkzeuge, die anderen BMBF-Förderprogrammen zur Verfügung gestellt werden können. Damit sollen diese in die Lage versetzt werden, die in Math&Industry entwickelten Konzepte und Werkzeuge an ihre spezifischen Bedürfnisse anzupassen.
Every day, millions of people are transported by buses, trains, and airplanes in Germany. Public transit (PT) is of major importance for the quality of life of individuals as well as the productivity of entire regions. Quality and efficiency of PT systems depend on the political framework (state-run, market oriented) and the suitability of the infrastructure (railway tracks, airport locations), the existing level of service (timetable, flight schedule), the use of adequate technologies (information, control, and booking systems), and the best possible deployment of equipment and resources (energy, vehicles, crews). The decision, planning, and optimization problems arising in this context are often gigantic and “scream” for mathematical support because of their complexity. This article sketches the state and the relevance of mathematics in planning and operating public transit, describes today’s challenges, and suggests a number of innovative actions. The current contribution of mathematics to public transit is — depending on the transportation mode — of varying depth. Air traffic is already well supported by mathematics. Bus traffic made significant advances in recent years, while rail traffic still bears significant opportunities for improvements. In all areas of public transit, the existing potentials are far from being exhausted. For some PT problems, such as vehicle and crew scheduling in bus and air traffic, excellent mathematical tools are not only available, but used in many places. In other areas, such as rolling stock rostering in rail traffic, the performance of the existing mathematical algorithms is not yet sufficient. Some topics are essentially untouched from a mathematical point of view; e.g., there are (except for air traffic) no network design or fare planning models of practical relevance. PT infrastructure construction is essentially devoid of mathematics, even though enormous capital investments are made in this area. These problems lead to questions that can only be tackled by engineers, economists, politicians, and mathematicians in a joint effort. Among other things, the authors propose to investigate two specific topics, which can be addressed at short notice, are of fundamental importance not only for the area of traffic planning, should lead to a significant improvement in the collaboration of all involved parties, and, if successful, will be of real value for companies and customers: • discrete optimal control: real-time re-planning of traffic systems in case of disruptions, • model integration: service design in bus and rail traffic. Work on these topics in interdisciplinary research projects could be funded by the German ministry of research and education (BMBF), the German ministry of economics (BMWi), or the German science foundation (DFG).
Eigentlich war der erste Autor nur zu einem Grußwort zur Tagung „GML² 2009 - Grundfragen Multi¬medialen Lehrens und Lernens“ eingeladen. Daraus wurde ein E-Learning-bezogener Vortrag, der – basierend auf Erfahrungen im Fach Mathematik – einen kritischen Blick auf die E-Learning-Szene in Deutschland wirft und diese mit entsprechenden Aktivitäten weltweit vergleicht. Dies ist die in seinen mathematischen Teilen gekürzte, in den E-Learning-Anteilen ein wenig erweiterte schriftliche Fassung des Vortrags. Der Artikel stammt nicht von E-Learning-Spezialisten sondern von Personen, die sich seit fast zwanzig Jahren mit elektronischer Information und Kommunikation (kurz: IuK) – insbesondere in der Mathematik – beschäftigen. Nach einer Definition von Michael Kerres kennzeichnet der Begriff E-Learning (electronic learning – elektronisch unterstütztes Lernen) alle Formen von Lernen, bei denen digitale Medien für die Präsentation und Distribution von Lernmaterialien und/oder zur Unterstützung zwischenmenschlicher Kommunikation zum Einsatz kommen, siehe z.B. http://de.wikipedia.org/wiki/E-Learning. IuK und E-Learning haben nach dieser Begriffsbildung viele Berührungspunkte. Deswegen wagen wir es, unsere positiven und negativen Erfahrungen im Bereich IuK in diesem Eröffnungsvortrag zu berichten, einige Entwicklungslinien zu vergleichen und eine eigene Kurzversion der Definition von E-Learning (besser E-Teaching and -Learning) voranzustellen: „Lehren und Lernen mit Unterstützung elektronischer Hilfsmittel“.
Millionen von Menschen werden allein in Deutschland täglich von Bussen, Bahnen und Flugzeugen transportiert. Der öffentliche Personenverkehr (ÖV) ist von großer Bedeutung für die Lebensqualität einzelner aber auch für die Leistungsfähigkeit ganzer Regionen. Qualität und Effizienz von ÖV-Systemen hängen ab von politischen Rahmenbedingungen (staatlich geplant, wettbewerblich organisiert) und der Eignung der Infrastruktur (Schienensysteme, Flughafenstandorte), vom vorhandenen Verkehrsangebot (Fahr- und Flugplan), von der Verwendung angemessener Technologien (Informations-, Kontroll- und Buchungssysteme) und dem bestmöglichen Einsatz der Betriebsmittel (Energie, Fahrzeuge und Personal). Die hierbei auftretenden Entscheidungs-, Planungs- und Optimierungsprobleme sind z.T. gigantisch und "schreien" aufgrund ihrer hohen Komplexität nach Unterstützung durch Mathematik. Dieser Artikel skizziert den Stand und die Bedeutung des Einsatzes von Mathematik bei der Planung und Durchführung von öffentlichem Personenverkehr, beschreibt die bestehenden Herausforderungen und regt zukunftsweisende Maßnahmen an.
Das heutige Leben ist durchdrungen von komplexen Technologien. Ohne Kommunikationsnetze, Internet, Mobilfunk, Logistik, Verkehrstechnik, medizinische Apparate, etc. könnte die moderne Gesellschaft nicht funktionieren. Fast alle dieser Technologien haben einen hohen Mathematikanteil. Der "normale Bürger"' weiss davon nichts, der Schulunterricht könnte dem ein wenig abhelfen. Einige mathematische Aspekte dieser Technologien sind einfach und sogar spielerisch intuitiv zugänglich. Solche Anwendungen, die zusätzlich noch der Lebensumwelt der Schüler zugehören, können dazu genutzt werden, die mathematische Modellierung, also die mathematische Herangehensweise an die Lösung praktischer Fragen, anschaulich zu erläutern. Gerade in der diskreten Mathematik können hier, quasi "nebenbei" mathematische Theorien erarbeitet und Teilaspekte (Definitionen, Fragestellungen, einfache Sachverhalte) durch eigenständiges Entdecken der Schüler entwickelt werden. Wir beginnen mit einigen Beispielen.
Was Komplexität ist, weiß niemand so richtig. In vielen Wissenschaftsgebieten wird der Begriff Komplexität verwendet, überall mit etwas anderer Bedeutung. Mathematik und Informatik hab en eine eigene Theorie hierzu entwickelt: die Komplexitätstheorie. Sie stellt zwar grundlegende Begriffe bereit, aber leider sind die meisten wichtigen Fragestellungen noch ungelöst. Diese kurze Einführung konzentriert sich auf einen speziellen, aber bedeutenden Aspekt der Theorie: Lösbarkeit von Problemen in deterministischer und nichtdeterministischer polynomialer Zeit. Hinter der für Uneingeweihte etwas kryptischen Frage "P = NP?" verbirgt sich das derzeit wichtigste Problem der Komplexitätstheorie. Anhand dieser Fragestellung werden einige Aspekte der Theorie erläutert und formell erklärt, was "P = NP?" bedeutet. Es geht nicht nur um komplizierte algorithmische Mathematik und Informatik, sondern um grundsätzliche Fragen unserer Lebensumwelt. Kann man vielleicht beweisen, dass es für viele Probleme unseres Alltags keine effizienten Lösungsmethoden gibt?
Das Travelling-Salesman-Problem (TSP) ist das am intensivsten untersuchte kombinatorische Optimierungsproblem. In diesem Abschnitt wird eine Einführung in das TSP gegeben. Es werden Problemstellungen erläutert, Anwendungen skizziert und einige Schwierigkeiten bei der korrekten Modellierung der Zielfunktion dargelegt. Es ist gar nicht so klar, was in einem konkreten Problem die wirkliche Entfernung ist. Exakte und approximative Lösungsverfahren werden an Beispielen skizziert, und es wird angedeutet, dass man, obwohl TSPs zu den theoretisch schweren Problemen zählen, in der Praxis TSPs von atemberaubender Größe lösen kann.
Modern applications of mathematical programming must take into account a multitude of technical details, business demands, and legal requirements. Teaching the mathematical modeling of such issues and their interrelations requires real-world examples that are well beyond the toy sizes that can be tackled with the student editions of most commercial software packages. We present a new tool, which is freely available for academic use including complete source code. It consists of an algebraic modeling language and a linear mixed integer programming solver. The performance and features of the tool are in the range of current state-of-the-art commercial tools, though not in all aspects as good as the best ones. Our tool does allow the execution and analysis of large real-world instances in the classroom and can therefore enhance the teaching of problem solving issues. Teaching experience has been gathered and practical usability was tested in classes at several universities and a two week intensive block course at TU Berlin. The feedback from students and teachers has been very positive.
This paper addresses the problem of scheduling vehicles in a public mass transportation system. We show how this problem can be modelled as a special multicommodity flow problem and outline the solution methodology we have developed. Based on polyhedral investigations, we have designed and implemented a branch&cut algorithm and various heuristics with which real vehicle scheduling problems of truely large scale can be solved to optimality. We describe some implementation issues and report computational results.
Der Report analysiert die Ergebnisse des Projektes ,,Verbesserung des benutzerorientierten Zugriffs auf fachspezifische Online und CD-ROM Datenbanken für Mathematische Institute der Bundesrepublik Deutschland'' der Deutschen Mathematiker-Vereinigung. An dem Projekt, das vom ZIB geleitet und koordiniert worden ist, haben mehr als 50 mathematische Fachbereiche und Forschungsinstitute teilgenommen. Dieses vom damaligen BMFT (einem Teil des jetzigen Bundesministeriums für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie) geförderte Projekt hat wesentlich dazu beigetragen, dass fachspezifische Datenbanken heute in den mathematischen Fachbereichen in Deutschland zu den selbstverständlichen Arbeitsmitteln gehören. Darüber hinaus hat das Projekt die Grundlagen für eine moderne elektronische Informations- und Kommunikationsstruktur in den mathematischen Fachbereichen gelegt.
Der Artikel ist die ausgearbeitete und erweiterte Fassung eines eingeladenen Vortrags der Tagung ,,Die unendliche Bibliothek - Digitale Information in Wissenschaft, Verlag und Bibliothek''. Dieses Treffen, eine Veranstaltung des Börsenvereins des Deutschen Buchhandels e.V., der Deutschen Bibliothek und der Bundesvereinigung Deutscher Bibliothkesverbände, fand im Dezember 1995 in Bonn als Beitrag zur der heute aktuellen Debatte unter Wissenschaftlern, Verlegern, Buchhändlern, Bibliothekaren und Politikern statt, wie unser Wissen und unsere Informationen digital transferiert werden können. Der Vortrag stellte das zentrale Problem des heutigen wissenschaftlichen Informationswesens dar, die gleichzeitige Existenz von Informationsflut und Informationsmangel. Nach einer knappen Bestimmung der Veränderung der Kommunikationsstrukturen in den Wissenschaften fragte er nach den essentiellen Veränderungen der Informationsarten, d.h. nach der Natur der kommenden Globalen Digitalen Bibliothek, die als ein über die ganze Welt und auf viele Institutionen verteilter globaler Speicher gesehen wird. Der Vortrag diskutierte zum Schluss die Bedürfnisse und Interessen der Wissenschaften und ihre spezifische Verantwortung beim Übergang in die elektronische Welt. Der Tagungsband ist erschienen beim Harrassowitz Verlag, Wiesbaden, 1996.
Wo bleibt der Aufzug?
(1999)
Many optimization problems have several equivalent mathematical models. It is often not apparent which of these models is most suitable for practical computation, in particular, when a certain application with a specific range of instance sizes is in focus. Our paper addresses the Asymmetric Travelling Salesman Problem with time windows (ATSP-TW) from such a point of view. The real--world application we aim at is the control of a stacker crane in a warehouse. We have implemented codes based on three alternative integer programming formulations of the ATSP-TW and more than ten heuristics. Computational results for real-world instances with up to 233 nodes are reported, showing that a new model presented in a companion paper outperforms the other two models we considered --- at least for our special application --- and that the heuristics provide acceptable solutions.
Der Schnellste Weg zum Ziel
(1999)
Anwendungen der Mathematik in der Verkehrs- und Transporttechnologie haben eine große und bedeutende Tradition. Natürlich wurden die ersten Fahrzeuge mit der ingenieurmäßigen Methode von Versuch, Irrtum und Verbesserung entworfen. Aber schon sehr bald kamen mathematische Berechnungen hinzu, mit denen mechanische Eigenschaften von Fahrzeugteilen ermittelt und zum Teil optimiert wurden. Die hierzu erforderliche Mathematik wurde in diesem Jahrhundert zu einem mächtigen Werkzeugkasten ausgebaut. Mit diesem kann man heute z.B. hocheffiziente Motoren mit geringem Schadstoffausstoß entwerfen, aerodynamisch günstige Fahrzeugprofile ermitteln und Flugzeugflügel berechnen, die die gewünschte Last sicher und mit geringem Treibstoffaufwand tragen. Die Mathematik unterstützt die Technologie des Verkehrs beginnend bei globalen Designfragen bis hin zur Spezifizierung von Materialeigenschaften kleinster Bauteile; sie berechnet mit hoher Präzision energieoptimale Bahnen von Raumflugkörpern oder zeitoptimale Trajektorien für Flugzeuge, steuert automatische Roboteranlagen oder innerbetriebliche Transportsysteme.
Im Bereich der Mathematik entwickelte sich in Deutschland die elektronische Fachinformation in Form der Online-Datenbank MATH und der CD-ROM CompactMATH auf der Grundlage der Arbeiten des Referateorgans "Zentralblatt für Mathematik und Ihre Grenzgebiete". Das "Zentralblatt" fand weithin Anerkennung und Verbreitung. Die Rezeption elektronischer Fachinformation ging jedoch - nicht nur im Bereich der Mathematik - nur zögerlich vonstatten. Die Gründe dafür werden in einer vom Bundesminister für Forschung und Technologie (BMFT) initiierten Studie analysiert. Ein kürzlich von der Deutschen Mathematiker - Vereinigung begonnenes und vom BMFT gefördertes Vorhaben hat die "Verbesserung des benutzerorientierten Zugriffs auf fachspezifische Online-Datenbanken und CD-ROM für Mathematische Institute in der Bundesrepublik Deutschland" zum Ziel. Insgesamt 51 mathematische Fachbereiche und Institute nehmen daran teil. Elektronische Fachinformation soll zu einem festen Bestandteil des methodischen Instrumentariums der wissenschaftlichen Arbeit werden. Diese Schrift soll die Ausgangslage in den Fachbereichen darstellen und die organisatorischen und technischen Infrastrukturmaßnahmen erläutern, mit denen den spezifischen Nutzungshemmnissen begegnet werden soll.
"`Telebus"' ist der soziale Behindertenfahrdienst im Land Berlin. Das Telebus-Forschungsprojekt des Konrad-Zuse-Zentrums für Informationstechnik (ZIB) hat das Ziel, den Fahrdienst (insbesondere die Disposition der Telebusse) zu verbessern, d.h. kundenfreundlicher zu gestalten und gleichzeitig billiger zu machen. In diesem Bericht werden die bisherigen Ergebnisse dargestellt und weitere Möglichkeiten zur Verbesserung des Service und zur Reduzierung der Kosten skizziert. \originalTeX
In diesem Aufsatz geben wir einen Bericht über den Stand der elektronischen Fachinformation in der Mathematik in Deutschland. Wir sehen diesen Bereich nicht als ein organisatorisch isoliertes Unterfangen, sondern eingebettet in weltweite Bestrebungen und Entwicklungen in der Informationstechnik, im wissenschaftlichen Publikationswesen und natürlich auch in der Mathematik selber. Unser Artikel endet mit einigen weitreichenden (und einigen Lesern möglicherweise spektakulär erscheinenden) Vorschlägen, die sowohl die Informationsanbieter (wie die Fachinformationszentren und Verlage), die öffentlichen Geldgeber als auch die mathematischen Organisationen (wie z.~B.~ die DMV und die mathematischen Fachbereiche) betreffen. Um den gegenwärtigen Zustand der elektronischen Fachinformation und unsere Gedanken zu diesem Thema adäquat beschreiben zu können, präsentieren wir eine breit angelegte Situationsanalyse. Wir stellen den gegenwärtigen Stand der technologischen Entwicklung im elektronischen Publizieren dar und skizzieren seine Auswirkungen. Wir beschreiben das Feld der Interessen und Kräfte im Bereich des mathematischen Publizierens. Wir geben einen kurzen historischen Abriss der Geschichte der Klassifikation und des Referatewesens und zeigen, wie dieses in die elektronische Fachinformation auf dem Gebiet der Mathematik mündete und dann zum DMV-Projekt Fachinformation führte, das der Anlass zur Abfassung dieses Artikels war. Wir skizzieren die gegenwärtige Rezeption elektronischer Fachinformation in der Mathematik in Deutschland. Ausgehend von einer Darstellung und Bewertung verschiedener Modelle des Referatewesens zeigen wir unter Einbeziehung der vorhandenen technischen Gegebenheiten (elektronische Netze etc.) verschiedene Möglichkeiten zur Liberalisierung und Rationalisierung des weltweiten mathematischen Informationswesens auf. Wir sehen den Austausch von Information in engem Zusammenhang mit dem Austausch von Software im Wissenschaftsbereich und regen auch in diesem Bereich an, internationale Kooperation und Offenheit anzustreben. \originalTeX
``Das System ist zerbrochen!'', so lautet das Urteil von Keith Dennis, Professor an der Cornell University und neuer Verantwortlicher für die Mathematical Reviews, über das traditionelle Publikationswesen in der Mathematik. Was sind die Ursachen? Hauptsächlich sind es das starke Wachstum der mathematischen Literatur, die langen Verzögerungen von der Erstellung bis zum Erscheinen einer Arbeit, die hohen Ablehnungsraten bei mathematischen Journalen aufgrund beschränkter Seitenzahlen (und nicht wegen mangelnder Qualität) sowie drastisch steigende Preise für Zeitschriften und Bücher bei gleichzeitiger Reduktion der Bibliotheksetats.
"The system is broken'' is how Keith Dennis, professor at Cornell University and the new editor-in-chief of the Mathematical Reviews characterizes the traditional ways and means of publication in mathematics. What are the reasons? The main reasons are the extreme growth in the mathematical literature, the long delays between preparation and publication of an article, the high number of rejected papers due to page limitations (not lack of quality) as well as drastic price increases for journals and books with library budgets being reduced at the same time.
Wissenschaftliche Information am Wendepunkt? Zwänge, Krisen und Chancen aus Sicht der Mathematik
(1995)
Die vorliegende Arbeit ist die (z.T.~wesentlich) erweiterte Fassung eines Vortrages auf dem Deutschen Dokumentartag im September 1995 an der Fachhochschule Potsdam. Unser Ziel ist eine Bestandsaufnahme der gegenwärtigen Entwicklungen auf dem Gebiet der elektronischen Information und Kommunikation. Wir diskutieren Chancen und Risiken, beleuchten gesellschaftliche Rahmenbedingungen - vor allem im Vergleich mit den Vereinigten Staaten von Amerika - und skizzieren Aufgaben im Bereich von Forschung, Staat und Wirtschaft, die unserer Meinung nach noch zu bewältigen sind. Wir führen insbesondere in Gebiete ein, die vermutlich in naher Zukunft die Landschaft des Dokumentierens und Archivierens wesentlich verändern werden. Wir benutzen dabei häufig Beispiele und Modellvorstellungen aus der Mathematik, unserem eigenen Fachgebiet, die u.a. zeigen, wie Elemente des Informierens, Dokumentierens und Archivierens durch die neuen Technologien der elektronischen Datenverarbeitung und Kommunikation ineinander flie\"sen. Mehr Leistung kann mit geringeren Kosten erzielt werden. Wir schliessen mit einer Auflistung von neuen Perspektiven und Möglichkeiten zum Handeln in diesem Bereich.
Die Kombination von elektronischer Fachinformation mit den neuen Mitteln der Kommunikation eröffnet neue Perspektiven für die Mathematik in Deutschland. Aufbauend auf das laufende, BMFT-geförderte Projekt ``Fachinformation'' der Deutschen Mathematiker-Vereinigung (DMV) plant die DMV eine Querschnittsaktivität für die Mathematik. Diese soll nicht nur die mathematischen Fachbereiche und Forschungsinstitute einbeziehen, sondern auch mathematische Forschungslabors aus der Industrie und die Informationsversorger der Mathematik, insbesondere die wissenschaftlichen Verlage, die TIB Hannover, die Bibliotheken der Universitäten und \mbox{-- nicht zuletzt --} das FIZ Karlsruhe mit dem Zentralblatt für Mathematik. \noindent Auf der technischen Grundlage des Internet und seiner weltweit verbreiteten Informationsdienste (Gopher, WAIS, WorldWideWeb, Hyper-G, ftp und E-mail) soll ein verteiltes, mathematisches Informationssystem geschaffen werden, bei dem die Partner des gemeinsamen Vorhabens ihre örtlichen Ressourcen untereinander und zugleich weltweit verfügbar machen. Diese Ziele sind durch konsequenten Einsatz von Software erreichbar, die nach dem Client-Server-Modell strukturiert und die im Internet verbreitet bzw.~anerkannt ist. \noindent Die Bereitstellung von Technik reicht keineswegs aus. Ohne die Schaffung einer personellen, organisatorischen und technischen Infrastruktur ist die Durchführung eines solchen Projekts nicht möglich. Als Massnahmen sind - für alle Partner - geplant: \hspace*{2mm} * Schaffung der Funktion des Informationsbeauftragten \hspace*{2mm} * Einrichtung eines gemeinsamen ``Forums für mathematische Information'' \hspace*{2mm} * Errichtung und Betreuung von mathematischen Informationsstationen \hspace*{2mm} * Teilnahme an nationalen und internationalen Standardisierungsmassnahmen \hspace*{2mm} * Workshops und regelmässige Schulungen, Öffentlichkeitsarbeit \noindent Als Aktivitäten - mit Focus auf mathematische Fachinformation - sind folgende Teilaufgaben und Pilotvorhaben bei allen Partnern geplant: \hspace*{2mm} * Einrichtung von elektronischen Informationssystemen \hspace*{2mm} * Verteiltes elektronisches Angebot von Preprints und Skripten (Volltexte) \hspace*{2mm} * Verteiltes elektronisches Angebot von Software- und Datensammlungen \hspace*{2mm} * Zugriff auf globale Informationssysteme in der Mathematik \hspace*{2mm} * Organisation eines Lebenden Mathematischen Museums \hspace*{2mm} * Zugriff auf elektronische Kataloge von Bibliotheken, insbesondere Fachbereichsbibliotheken \hspace*{2mm} * Schaffung eines organisatorischen Rahmens für elektronische mathematische Journale \hspace*{2mm} * Elektronisches Angebot von eingescannten historischen Dokumenten und Büchern \hspace*{2mm} * Schaffung einer Organisationsform für elektronisches Reviewing \hspace*{2mm} * Erprobung von Verfahren zur elektronischen Lieferung von Dokumenten \hspace*{2mm} * Elektronische Projektorganisation \noindent Das Vorhaben zielt ab auf die Schaffung einer informationstechnischen Infrastruktur für Datenbank-Retrieval, E-mail, ``Electronic Conferencing'' und fachspezifische Informationsnetze in exemplarischer Form für Wissenschaft und Industrie - auch für andere Fachgebiete.