ZIB-Report
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08-26
Den kürzesten Weg in einem Graphen zu finden ist ein klassisches Problem der Graphentheorie. Über einen Vortrag zu diesem Thema beim Tag der Mathematik 2007 von R. Borndörfer kam ich in Kontakt mit dem Konrad-Zuse-Zentrum (ZIB), das sich u.a. mit Wegeoptimierung beschäftigt. Ein Forschungsschwerpunkt dort ist im Rahmen eines Projekts zur Chipverifikation das Zählen von Lösungen, das, wie wir sehen werden, eng mit dem Zählen von Wegen zusammenhängt. Anhand von zwei Fragen aus der Graphentheorie soll diese Facharbeit unterschiedliche Lösungsmethoden untersuchen. Wie bestimmt man den kürzesten Weg zwischen zwei Knoten in einem Graphen und wie findet man alle möglichen Wege? Nach einer Einführung in die Graphentheorie und einer Konkretisierung der Probleme wird zunächst für beide eine Lösung mit auf Graphen basierenden Algorithmen vorgestellt. Während der Algorithmus von Dijkstra sehr bekannt ist, habe ich für das Zählen von Wegen einen eigenen Algorithmus auf der Basis der Tiefensuche entwickelt. Im zweiten Teil der Arbeit wird das Konzept der ganzzahligen Programmierung vorgestellt und die Lösungsmöglichkeiten für Wegeprobleme, die sich darüber ergeben. Schließlich wurden die vorgestellten Algorithmen am Beispiel des S- und U-Bahnnetzes von Berlin implementiert und mit Programmen, die die gleichen Fragen über ganzzahlige Programmierung lösen, verglichen.
17-05
Umsteigen ohne Warten
(2017)
Wir stellen einen mathematischen Optimierungsansatz zur Berechnung von periodischen Taktfahrplänen vor, bei dem die Umsteigezeiten unter
Berücksichtigung des Passagierverhaltens minimiert werden. Wir untersuchen damit den Einfluss wichtiger Systemparameter und Verhaltensmuster auf die Beförderungsqualität.
08-23
Dieser kurze Aufsatz zur Algorithmengeschichte ist Eberhard Knobloch, meinem Lieblings-Mathematikhistoriker, zum 65. Geburtstag gewidmet. Eberhard Knobloch hat immer, wenn ich ihm eine historische Frage zur Mathematik stellte, eine Antwort gewusst – fast immer auch sofort. Erst als ich mich selbst ein wenig und dazu amateurhaft mit Mathematikgeschichte beschäftigte, wurde mir bewusst, wie schwierig dieses „Geschäft“ ist. Man muss nicht nur mehrere (alte) Sprachen beherrschen, sondern auch die wissenschaftliche Bedeutung von Begriffen und Symbolen in früheren Zeiten kennen. Man muss zusätzlich herausfinden, was zur Zeit der Entstehung der Texte „allgemeines Wissen“ war, insbesondere, was seinerzeit gültige Beweisideen und -schritte waren, und daher damals keiner präzisen Definition oder Einführung bedurfte. Es gibt aber noch eine Steigerung des historischen Schwierigkeitsgrades: Algorithmengeschichte. Dies möchte ich in diesem Artikel kurz darlegen in der Hoffnung, dass sich Wissenschaftshistoriker dieses Themas noch intensiver annehmen, als sie das bisher tun. Der Grund ist, dass heute Algorithmen viele Bereiche unserer Alltagswelt steuern und unser tägliches Leben oft von funktionierenden Algorithmen abhängt. Daher wäre eine bessere Kenntnis der Algorithmengeschichte von großem Interesse.
TR-93-03
"`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
11-47
Das vom BMBF geförderte Projekt FTTX-PLAN entwickelt mathematische Modelle und Optimierungsverfahren, um automatisiert kostenoptimierte FTTx-Netze berechnen zu können. Wir zeigen anhand einer Praxisstudie in Zusammenarbeit mit der Regensburger R-KOM, wie ein Planer von diesen Verfahren profitieren kann, um die Auswirkungen bestimmter Entscheidungen auf die Netzstruktur und -kosten zu untersuchen. Wir illustrieren dies am Beispiel eines FTTB/FTTH-Vergleichs, der Variation von Kundenanbindungsraten und der gezielten Ausnutzung existierender Leerrohre, um Tiefbau zu vermeiden.
08-20
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.
11-56
Die mittel- und längerfristige Planung für den Gastransport hat sich durch
Änderungen in den regulatorischen Rahmenbedingungen stark verkompliziert.
Kernpunkt ist die Trennung von Gashandel und -transport. Dieser Artikel
diskutiert die hieraus resultierenden mathematischen Planungsprobleme,
welche als Validierung von Nominierungen und Buchungen, Bestimmung der
technischen Kapazität und Topologieplanung bezeichnet werden. Diese
mathematischen Optimierungsprobleme werden vorgestellt und Lösungsansätze
skizziert.
12-04
Im Zuge der Übernahme von 6 Linien der Havelbus Verkehrsgesellschaft
mbH durch die ViP Verkehr in Potsdam GmbH ergab sich 2009 die Notwendigkeit der
Entwicklung eines neuen Linien- und Taktplans für das Jahr 2010.
Das Konrad-Zuse-Zentrum für Informationstechnik Berlin (ZIB)
entwickelt in einem Projekt des DFG-Forschungszentrums Matheon ein Verfahren zur mathematischen Linienoptimierung. Dieses Tool wurde bei der Optimierung des ViP Linienplans 2010 in
einer projektbegleitenden Studie eingesetzt, um Alternativen bei
verschiedenen Planungs- und Zielvorgaben auszuloten.
In dem Artikel wird eine Auswertung der Ergebnisse mit dem Verkehrsanalysesystem Visum der PTV AG beschrieben. Die Auswertungen bestätigen, dass mit Hilfe von mathematischer Optimierung eine weitere Verkürzung der Reisezeit um 1%, eine
als um 6% verkürzt empfundene Reisezeit, 10% weniger Fahrzeit im
Fahrzeug und eine gleichzeitige Kostenreduktion um 5% möglich sind.
SC-97-10
In diesem Artikel geben wir einen Überblick über das Telebus-Projekt am Konrad-Zuse-Zentrum, Berlin, durch das der Behindertenfahrdienst in Berlin reorganisiert und optimiert wurde. Wir berichten kurz über die mathematischen Probleme und, etwas ausführlicher, über die nicht-mathematischen Schwierigkeiten, die bei der Durchführung dieses Projektes auftraten.
17-54
Open Access ist Grundlage und Voraussetzung für die Nachnutzbarkeit, Transparenz und freie Zugänglichkeit zu wissenschaftlichen Informationen, Forschungsergebnissen und Daten des kulturellen Erbes. Mit Bezug auf die vom Senat Berlin 2015 verabschiedete Open-Access-Strategie empfiehlt der Kooperative Bibliotheksverbund Berlin-Brandenburg (KOBV) seinen Bibliotheken praktische Maßnahmen zur Umsetzung von Open Access in den eigenen Einrichtungen und benennt Maßnahmen der KOBV-Zentrale zur Unterstützung seiner Mitgliedsbibliotheken im Zuge dieses Transformationsprozesses.