Tätigkeitsbericht 1991

Arbeitsbereich Prof. Dr. Wilfried Brauer

Theoretische Informatik und Grundlagen der KI (TIGKI)
Schwerpunktthema: Parallelverarbeitung

Institut für Informatik
Technische Universität München
Arcisstr. 21
D-8000 München 2




0 Inhaltsverzeichnis

  1. Mitglieder
    1. Professoren
    2. Wissenschaftliche Mitarbeiter
    3. Sekretärinnen
    4. Studentische Hilfskräfte
    5. Gäste
    6. Drittmittel
  2. Darstellung der Forschungsvorhaben
    1. Projekte
    2. Weitere Forschungsvorhaben
  3. Veröffentlichungen
  4. Vorträge
  5. Vorlesungen und Seminare
  6. Sonstige Tätigkeiten
  7. Forschungsberichte Künstliche Intelligenz
  8. Rufnummern/E-Mail-Adressen

1 Mitglieder

1.1 Professoren

Prof. Dr. Wilfried Brauer
Prof. Dr. Klaus-Jörn Lange
Prof. Dr. Wolfgang Reisig


1.2 Wissenschaftliche Mitarbeiter

Dr.habil. Volker Diekert Privatdozent bis 31.07.91, danach Professor (C4) in Stuttgart
Christian Freksa, Ph.D. Akad. Rat bis 31.04.91, danach Professor (C3) in Hamburg
Dr. Birgit Jenner wiss. Angestellte bis 03.11.91, seit 04.11.91 wiss. Assistentin
Dr. Astrid Kiehn wiss. Angestellte bis 31.07.91, seit 01.08.91 wiss. Assistentin
Dr. Manfred Kunde wiss. Angestellter bis 31.03.91, vom 01.04.91 bis 30.09.91 Akad. Rat, danach Gastforscher in Newcastle, Australien
Oliver Schoett, Ph.D. Akad. Rat
Dr. Walter Vogler Akad. Rat bis 31.08.91, seit 01.09.91 Oberassistent; vom 01.10.91 - 31.03.92 beurlaubt wegen einer Vertretungsprofessur an der LMU München
Carsten Damm wiss. Angestellter, seit 16.03.91
Jörg Desel wiss. Angestellter
Martin Eldracher wiss. Angestellter, seit 01.06.91
Robert Gold wiss. Angestellter
Dominik Gomm wiss. Angestellter
Andreas Heise wiss. Angestellter
Daniel Hernández wiss. Angestellter
Marcus Holzer wiss. Angestellter, seit 01.11.91
Margit Kinder wiss. Angestellte, seit 16.11.91
Ekkart Kindler wiss. Angestellter
Angelika Mader wiss. Angestellte, seit 15.01.91
Rolf Niedermeier wiss. Angestellter, seit 01.11.91
Peter Rossmanith wiss. Angestellter
Bernhard Schätz wiss. Angestellter bis 30.09.91
Jürgen Schmidhuber Siemens-Stipendiat bis 28.02.91, wiss. Angestellter vom 01.03. - 30.06.91
Thomas Tensi wiss. Angestellter
Rolf Walter wiss. Angestellter
Gerhard Weiß TU-Stipendiat bis 30.09.91, seit 01.10.91 wiss. Angestellter
Dieter Barnard DAAD-Stipendiat seit 01.10.91
Kai Zimmermann nebenberufliche wiss. Hilfskraft seit 01.12.91

1.3 Sekretärinnen

Ingeborg Biberger
Paula Grylka


1.4 Studentische Hilfskräfte

Harald Hadwiger Unterstützung bei Forschung und Lehre
Paul Jetschny Hard- und Software-Betreuung bis 31.10.91
Kerstin Jäschke Literaturbeschaffung und -verwaltung, Textverarbeitung, Büroorganisation seit 01.05.91
Daniel Kobler SCHEME-Programmierung und Betreuung der Übung des SCHEME-Praktikums
Angela Marquardt Literaturbeschaffung und -verwaltung, Textverarbeitung, Büroorganisation bis 30.04.91
Sabine Mühlbauer Pflege, Beratung und Vorführung von Petrinetzwerkzeugen, Mitarbeit bei Fallstudien
Gerd Pauli Hard- und Software-Betreuung (Unix)
Dirk Rodemer Systemverwaltung seit 01.07.91 (Unix)
Thomas Röll Hard- und Software-Betreuung (Unix)
Aenne Scharbert Pflege, Beratung und Vorführung von Petrinetzwerkzeugen, Mitarbeit bei Fallstudien
Vera Seidel Pflege, Beratung und Vorführung von Petrinetzwerkzeugen, Mitarbeit bei Fallstudien bis 30.08.91
Dieter Stein Unterstützung bei Forschung und Lehre
Christian Wilk Hard- und Software-Betreuung (Mac, mail) bis 31.12.91
Kai Zimmermann Hard- und Software-Betreuung (Mac), Software-Entwicklung, Mitarbeit bei Fallstudien bis 30.11.91

1.5 Gäste

01.01.- 30.06.91 Ronald V. Book (University of California at Santa Barbara)
Alexander von Humboldt-Forschungspreisträger (nähere Angaben unter Pkt. 3, 4, und 5)

01.01.- 30.06.91 Celia Wrathall (University of California at Santa Barabara)
Lehrbeauftragte (nähere Angaben unter Pkt. 3, 4, und 5)

30.01.91 P. Struß (Siemens)
Towards a New Generation of Diagnostic Systems

10.02.- 12.02.91 Miklos Santha (Université Paris-Sud)
Read-Once Formulae

12.05.- 17.05.91 Chris Wilson (University of Oregon)
Monotone Circuit Complexity

13.05.91 A. Paz (Technion, Haifa, Israel)
An Algorithm for Finding a Shortest Vector in a Two-Dimensional Modular Lattice

14.05.91 D. Janssens (Vrije Universiteit Brüssel)
A Graph Rewriting Model for Actor Systems

23.05.91 K. Fischer (Lehrstuhl Prof. Siegert, FB Informatik, TUM)
Verteilte KI

29.05.91 P. Ladkin ( Zuse-Gastprofessor Universität Hamburg)
Generating and Analysing the Flow Graphor Communicating Parallel Loop Processes

25.06.91 Richard Stallman (Free Software Foundation, USA)
New Monopolies on Writing Programs - How to Protect Your Freedom to Write Software

12.08. - 16.08.91 Jean Fanchon (Université Paris-Sud)
Dynamic Concurrent Processes

16.08.- 21.08.91 Eric Allender (Ruttgers University)
On Strong Separations from ACo

14.11.91 Prof. Gernert (Fakultät für Wirtschafts- und Sozialwissenschaften, TUM)
Ein wissensbasiertes System für Graphentheorie

18.11.- 29.11.91 Wojciech Rytter (Universität Warschau)
Efficient Parallel Algorithms for the Recognition of CFL's and Related Problems

10.12.- 13.12.91 Rusins Freivalds (University of Latvia, Riga)
Probabilistic Algorithms in Inductive Inference


1.6 Drittmittel

Sonderforschungsbereich 342, Teilprojekt A3 SEMAFOR (Spezifikations-, Entwurfs- und Analyseformalismen)

Sonderforschungsbereich 342, Teilprojekt A4 KLARA (Klassifikation und Parallelisierung durch Reduktionsanalyse)

Sonderforschungsbereich 342, Teilprojekt Y1 (Kooperationsprojekt mit der Humboldt-Universität, Berlin)

DFG-Projekt "Unäre Sprachen im unteren Komplexitätsbereich" (La 618/1-1)

DFG-Projekt im Rahmen des SPP "Datenstrukturen und effiziente Algorithmen": Entwurf und Analyse von Datentransport- und anderen grundlegenden Algorithmen für Prozessornetzwerke (Ku 658/1-3)

DFG-Projekt: "PAKI - Parallelverarbeitungsmodelle in der Künstlichen Intelligenz" (Br 609/4-2)

DFG-Reisebeihilfe: Untersuchungen zur Rolle von Unschärfe im Beschreibungssprachen aus repräsentationtheoretischer Sicht (Fr 806/1-1)

Kooperation mit dem ZFE F2 der Siemens AG auf dem Gebiet der Verifikation paralleler Prozesse.

ESPRIT BRA Project No 3148 DEMON: "Design Methods Based on Nets".

ESPRIT BRA Working Group No 3166 ASMICS: "Algebraic and Syntactic Methods in Computer Science".

BMFT Verbundprojekt NERES: "Neuronale Regelung und Steuerung'' (FKZ ITN9102B).






2 Darstellung der Forschungsvorhaben

2.1 Projekte

SFB 0342, Teilprojekt A3 SEMAFOR (Leitung: Brauer, Reisig)

Brauer, Desel, Gold, Gomm, Heise, Kindler, Reisig, Walter

In diesem Projekt werden Formalismen zum Umgang mit verteilten, reaktiven Systemen entwickelt. Dabei wird insbesondere untersucht, wie weit Kenntnisse über Verteiltheit und Unabhängigkeit von Systemkomponenten helfen, Systeme zu spezifizieren, zu entwerfen und zu analysieren. Methodisch werden dabei zwei Entwicklungslinien zusammengebracht: Ansätze, die verteilte, reaktive Systeme im wesentlichen mit herkömmlichen, für den sequentiellen Fall entwickelten Techniken beschreiben und analysieren, und andererseits solche Ansätze, die Nebenläufigkeit als eine Grunderscheinung von Systemen überhaupt ansehen.
Einen Arbeitsschwerpunkt bildeten 1991 Techniken zur Formulierung und zum Nachweis von Systemeigenschaften, begründet durch die Erfahrung mit einer auf Petrinetze abgestimmten temporalen Logik. Diese Logik ist an UNITY orientiert, berücksichtigt jedoch explizit Verteiltheit und ergibt deshalb ausdrucksstarke Regeln zum Nachweis von Systemeigenschaften. Besonderes Augenmerk wurde dabei den algorithmisch bedingten Fairness-Problemen gewidmet. Parallel dazu wurden Grundlagen für die Kombination von Techniken der algebraischen Spezifikation und der Netztheorie gelegt. Wesentliches Ergebnis ist die Integration algebraisch spezifizierter Datenstrukturen in den Petrinetz-Formalismus, wobei alle "klassischen" Analyseverfahren, insbesondere Stellen- und Transitionsinvarianten, auf den neuen Formalismus übertragen werden konnten.
Beide Entwicklungsrichtungen sollen zukünftig durch eine systematische Transformation temporallogischer Spezifikationstechniken in Petrinetz-Schemata kombiniert werden.
Die 1990 in Kooperation mit der Siemens AG begonnenen Fallstudien wurden erfolgreich abgeschlossen.



SFB 0342 Teilprojekt A4 "Klassifikation und Parallelisierung durch Reduktionsanalyse: KLARA" (Leitung: Brauer, Lange)

Dieses Teilprojekt bemüht sich um eine adäquate komplexitätstheoretische Modellierung paralleler Berechnungen.

Lange, Niedermeier, Goerdt (Universität GH Paderborn)

Es wurden Modelle zur Erklärung superlinearer Beschleunigungsphänomene von Erfüllbarkeitsalgorithmen für quantifizierte aussagenlogische Formeln entwickelt.



Lange

Eine Eigenschaft paralleler Algorithmen, die häufig für eine effiziente Implementierung auf Rechnern mit verteiltem Speicher hinreichend ist, ist die Unabhängigkeit der Kommunikationsstruktur von der Eingabe. Die Formalisierung dieses Begriffes für parallele Registermaschinen (PRAM's) führt auf die Unterscheidung von Kommunikations- und Kontrollstruktur. Es gelang durch eine entsprechende Einschränkung des PRAM-Modells die Komplexitätsklassen NCk, DSPACE(log n) und LOGDCFL zu charakterisieren.



Rossmanith, Rytter

Für das parallele Erkennungsproblem eindeutiger kontextfreier Sprachen wurden einfachere Algorithmen entwickelt. Dabei konnte auch eine Reduzierung der benötigten Prozessoranzahl vorgenommen werden, wodurch der bisher effizienteste Algorithmus gewonnen wurde.



Rossmanith

Die Zeitkomplexität der Berechnung boolscher Funktionen auf verschiedenen parallelen Modellen wurde untersucht. Ziel ist eine genauere Erfassung der Zeitkomplexität, sowie neue Separierungen zwischen verschiedenen Modellen



SFB 0342 Teilprojekt Y1 (Kooperationsprojekt mit der Humboldt-Universität, Berlin)

Heise, Reisig

Das von Prof. Starke entwickelte Analysewerkzeug PAN wird um eine graphische Oberfläche erweitert, die neben den bisher von PAN behandelten Stellen/Transitionsnetzen auch Netze mit strukturierten Marken verarbeiten kann. Damit werden die Grundlagen für eine spätere Integration von Komponenten zur symbolischen Analyse und Simulation dieser für die Praxis wichtigen Netzklasse gelegt.



ESPRIT BRA Project No 3148 DEMON "Design Methods Based on Nets" (Leitung: Brauer, Reisig)

Brauer, Desel, Gold, Gomm, Kindler, Reisig, Vogler, Walter

Die Konstruktion reaktiver Systeme ist in drei Phasen zerlegbar: Die Spezifikationsphase, mit i.a. nicht-operationellen Systembeschreibungen, die Entwurfsphase mit Hardware- und Softwareunabhängigen operationellen Beschreibungen und die Implementierungsphase, in der operationelle Beschreibungen auf konkrete Hardware und Software abgebildet werden.
Das Projekt konzentriert sich auf die ersten beiden Phasen und den systematischen Übergang zwischen ihnen. Für Systembeschreibungen der Spezifikationsphase wurde ein temporallogischer Kalkül entwickelt, der die Spezifikation von Lebendigkeits-, Sicherheits- und Fairnesseigenschaften erlaubt. Dieser Kalkül wird interpretiert über Petrinetze, die als formales Modell der Entwurfsphase verwendet werden. Er berücksichtigt insbesondere die durch halbgeordnete Ereignisstrukturen formalisierte Nebenläufigkeit unabhängiger Aktionen.
Für dynamische Eigenschaften von Petrinetzen wurden Entscheidbarkeits- und Komplexitätsfragen untersucht; so konnte eine wichtige verhaltensorientierte Äquivalenz als entscheidbar nachgewiesen werden und, für eine strukturell eingeschränkte Klasse, die meisten dynamischen Eigenschaften als polynomiell entscheidbar gezeigt werden.



ESPRIT BRA Working Group No 3166 ASMICS "Algebraic and Syntactic Methods in Computer Science" (Leitung: Diekert)

Diekert, Heise

Untersuchungen in algebraischen und syntaktischen Methoden der Informatik, insbesondere mit Hilfe der Spurtheorie von Mazurkiewicz und der Theorie algebraischer Netzschemata.
Forschungsschwerpunkte in diesem Bereich sind, zum einen die Beschreibung und Komposition unendlicher Spuren, zum anderen Untersuchungen zur Übertragbarkeit der von Ehrig/Mahr entwickelten Modultheorie auf Algebraische-High-Level Netze.



BMFT Verbundprojekt NERES: "Neuronale Regelung und Steuerung'' (FKZ ITN9102B) (Leitung: Brauer, Hernández)

Das vom BMFT auf vier Jahre finanzierte Verbundprojekt NERES (Partner: Siemens AG, München; DLR, Oberpfaffenhofen; Universität Dortmund) strebt auf subsymbolischem Niveau eine Symbiose zwischen Sensorik und Aktuatorik einerseits und neuronaler Signalverarbeitung und Steuerung andererseits an. Allerdings sollen auch KI-Techniken für solche Fälle einbezogen werden, die eine über das Subsymbolische hinausgehende robuste Wissensrepräsentation benötigen, wie z.B. bei der Raumrepräsentation.
Die an der TU bearbeiteten Teilprojekte konzentrieren sich auf lernende neuronale Netzwerke in dynamischen Umgebungen, die zur Trajektorienplanung eingesetzt werden können, insbesondere unter Ausnutzung hierarchischer Strukturen. Weiterhin werden symbolische qualitative Ansätze zur Darstellung zeitlichen und räumlichen Wissens untersucht, die als gemeinsamer repräsentationstheoretischer Rahmen zur Entwicklung spezieller neuronaler Anwendungen dienen können.
Im folgenden werden die im ersten Jahr bearbeiteten Aspekte des Projektes zusammengefaßt:



Hernández, Högg, Kobler, Schwarzer

Im Rahmen der Erweiterung des qualitativen Ansatzes auf höher-dimensionale räumliche Fälle wurde eine weitere Arbeit zur Komposition räumlicher Relationen im 2-D Fall abgeschlossen, die auch die für ihre Anwendung notwendigen Pfadsuchmechanismen entwickelte. Dabei hat sich herausgestellt, daß eine unterschiedliche Gewichtung der Relationen und eine davon abhängige Ausbreitungsbegrenzung erforderlich ist. Die Untersuchung der topologischen und geometrischen Grundlagen der Projektions- und Orientierungsdimensionen, hat eine Erweiterung zu einer Hierarchie von Unterscheidungen auf verschiedenen Granularitätsebenen mit sich gebracht. Als Beitrag zur kontextunterstützten Objektidentifikation wurde die auf den Arbeiten von Yeap (1988) basierende Generierung einer stabilen Raumdarstellung durch Einsatz qualitativer Darstellungen erweitert. Schließlich wurde ein Algorithmus zur Konvertierung zwischen verschiedenen Bezugsrahmen (intrinsisch, extrinsisch, deiktisch) implementiert.



Freksa, Zimmermann

Im Rahmen der "Kontextunterstützte Objektbeschreibung" wurde die Implementierung eines Systems zur Erforschung qualitativer Objektrepräsentationen abgeschlossen.



Schmidhuber, Eldracher, Kinder

Erforschung von Lernalgorithmen zur Abstraktion von Ereignisfolgen und zum hierarchischen Lernen durch "Teilen und Herrschen". Konventionelle Lernalgorithmen stoßen bei großmaßstäblichen Problemen der adaptiven Steuerung (mit langen Verzögerungen zwischen Aktionen und deren späteren Konsequenzen) an ihre Grenzen. Es wurden Systeme entwickelt und untersucht, die solche langen Zeitsequenzen durch kompositionelles Lernen selbsttätig überbrücken lernen können. Dabei werden durch Kausalitätsdetektoren Regularitäten in u.U. sehr langen zeitlichen Aktions- und Ereignisfolgen (den Sequenzen) entdeckt, um sie auf einem höheren, ebenfalls adaptiven Level zu Lösungen für noch umfangreichere Probleme zu "komponieren". Andererseits können bereits gelernte Sequenzen dazu dienen, durch selbstgenerierte Subziele nicht explizit eingelernte Aufgaben zu lösen.



Schmidhuber

Das am Ende einer kausalen Kette unerwartet auftretende, noch nicht vorhersagbare Ereignis kann entweder prinzipiell unvorhersagbar, oder nur noch nicht vom System erlernt sein. Diese beiden Fälle können mit Hilfe eines Subnetzes unterschieden werden, das die Zuverlässigkeit der Vorhersagen beurteilt. Mit Hilfe interner Aktionen und introspektiver Lernalgorithmen wird eine Netzwerkarchitektur in die Lage versetzt seine eigene Aufmerksamkeit zu lenken. Dabei lernen introspektive Module, die Effekte des Lernens vorherzusagen, also auf einer Metaebene zu lernen.



Schmidhuber, Eldracher

Vielversprechende Ansätze zum "neuronalen" Lernen in dynamischen Umgebungen sind "adaptive Kritiker" und der Systemidentifikationsansatz mittels zweier gekoppelter Netzwerke (Modell und Controller), sowie Kombinationen beider Techniken. Diese Ansätze erlauben es Trajektorien zu erlernen, beispielsweise Fokustrajektorien (Sequenzen von Translationen und Rotationen eines beweglichen Fokus zur Objektidentifikation mittels selektiver Aufmerksamkeit). Beide Ansätze wurden zum Erlernen zielgerichteter Sequenzen von Roboterbewegungen in einer Umgebung mit Hindernissen erprobt.



DFG-Projekt im Rahmen des SPP "Datenstrukturen und effiziente Algorithmen": Entwurf und Analyse von Datentransport- und anderen grundlegenden Algorithmen für Prozessornetzwerke (Ku 658/1) (Leitung: Kunde)

Kunde, Tensi

Es ist allgemein anerkannt, daß die Topologie von Mehrprozessorsystemen ein entscheidender Faktor für die Effizienz von parallelen und insbesondere VLSI-gerechten Algorithmen ist. Der Entwurf und die Analyse von Algorithmen für gitterartig verbundene Prozessorfelder ist derzeit Forschungsschwerpunkt.
Die Untersuchung von schnellen deterministischen Paket-Routing-Algorithmen auf höherdimensionalen Gittern wurde mit Erfolg fortgesetzt. Dabei zeigte sich, daß sich mit Hilfe der bei unterschiedlichen Problemstellungen gewonnenen Methoden und Beweismitteln (Informationssammeln durch Sortieren, geordnete Informationsverteilung, Lastbalancierung, überlapptes Arbeiten) sehr schnelle Algorithmen entwerfen lassen, deren Schrittzahl in der Nähe der einfachen Distanzschranke liegt. Weiterhin wurde unter dem Gesichtspunkt der Einfachheit bei gleichzeitiger hoher Effizienz eine Klasse von Routingverfahren entwickelt und untersucht, bei der ankommende Pakete sofort weitergeschickt werden. Bisher durchgeführte Simulationen lassen ausgezeichnete Leistungen erwarten. Für kleine Gittergrößen konnte das gute Verhalten der pulsierenden Algorithmen analytisch bestätigt werden.
Im Rahmen der Untersuchungen zum Vergleich unterschiedlicher Routingstrategien wurde die Entwicklung exakter mathematischer Modelle fortgesetzt. Dabei konnte mit dem sogenannten "Restricted Message-Routing" ein Verfahren entwickelt werden, das nur mit lokaler Kommunikation auskommt (im Gegensatz zu sonst üblichen Verfahren). Sowohl für dieses Verfahren als auch für das "Wormhole-Routing" konnten untere Schranken für den schlechtesten Fall gezeigt werden, die sich leider als recht ungünstig erwiesen.
Bisher durchgeführte Simulationen lassen jedoch ein wesentlich besseres Ergebnis für das Verhalten im Mittel erwarten.



DFG La 618 1-1 "Unäre Sprachen im unteren Komplexitätsbereich" (Leitung: Lange)

Lange, Rossmanith

Das Schnittleerheitsproblem verschiedener endlicher Automatentypen wurde auf eine variable Anzahl von Automaten verallgemeinert. Dadurch entstanden natürlichere vollständige Probleme für wichtige Komplexitätsklassen, sowie Zusammenhänge zu Klassen mit beschränktem Nichtdeterminismus.



Damm, Holzer, Lange

Die parallele Komplexität des Wortproblems für D0L-Sprachen wurde untersucht. Es wurde gezeigt, daß D0L-Sprachen in NC1 entscheidbar sind. Es stellt sich heraus, daß D0L-Sprachen unter TC0 - Reduktionen äquivalent zu unären D0L-Sprachen und auch zu gewissen arithmetischen Berechnungsproblemen sind. Für das allgemeine Wortproblem wird die bisher bekannte obere Schranke verbessert.



Damm, Holzer, Lange

In dem Bemühen feinere Reduktions- und Vollständigkeitswerkzeuge zu untersuchen, wurde der Begriff der hierarchischen Vollständigkeit betrachtet, der eine genauere Einordnung in Hierarchien von Komplexitätsklassen zuläßt. Es gelang für die linearen und kontextfreien Sprachen Problemfamilien anzugeben, die dem Begriff der hierarchischen Vollständigkeit genügen.



Damm, Holzer, Rossmanith

Es wurde eine einheitliche Charakterisierung verschiedener Uniformitätsbedingungen für NC1-Schaltkreise durch DLOGTIME-uniforme Schaltkreise mit Orakelzugriff auf unäre Sprachen entwickelt. Anwendungen dieser Charakterisierung sind z.B. Aufwärts-Separationen, Tiefe-Uniformitäts-, Trade-offs und Untersuchungen über Inklusionsvollständigkeit für unäre Sprachen.



Grundlagen und Anwendungen neuronaler Netze (Zusammenarbeit mit Siemens ZFE, Kratzer Automatisierung, Institut für Medizin, Psychologie der Ludwig-Maximilians-Universität München, Lehrstühle für Integrierte Schaltungen und für Nachrichtentechnik der Technischen Universität München, Max-Planck-Institut für Hirnforschung, Frankfurt)

Brauer, Büttner (Siemens), Freksa, Geiger (Kratzer), König (MPI Frankfurt), Nischwitz (Nachrichtentechnik, TUM), Ruhnau (IPM, LMU), Scheppler (Integrierte Schaltungen, TUM), Schillen (MPI, Frankfurt), Schürmann (Siemens), Waschulzik, Hollatz, Jägel, Janosch, Röscheisen, Schmidhuber, Steiner, Thomas

Untersuchungen verschiedenartiger neuronaler Netztypen: rückgekoppelte dynamische stabile Netze (nach Kosko) und Erweiterungen (asymmetrische Gewichtsmatrix, zwei verschiedene Zielskalen), Mehr-Schichtenperceptrons für rekurrente und vorwärts gekoppelte "Backpropagation", Vorstrukturierung von Netzen aufgrund von Modell- oder Regelwissen, Netze mit dendritisch-lokaler Signalverarbeitung, Signaldarstellung durch Einzelimpulse (Spikes), erweiterte Synapsenfunktionen, ossillierende Neurone (gekoppelte Ossillatoren), selbstorganisierende neuronale Netze (synaptische Plastizität, Populationsaspekte), Verwendung bzw. Kombination verschiedener Lernverfahren.
Anwendungsstudien: Simulation eines Autofahrers auf einem KFZ-Prüfstand, Analyse großer Datenmengen (u.a. aus der Botanik, der Automatisierungstechnik), visueller Objekterkennung, Sprachverarbeitung (u.a. Erkennung sprecherabhängiger Einzelwörter, robuste Datenbankabfrage in natürlicher Sprache).
Weiterentwicklung von Arbeitsumgebungen für das Konstruieren, Validieren, Trainieren und Anwenden neuronaler Netze.



Verifikation von sequentiellen und nichtsequentiellen Systemen (Zusammenarbeit mit Siemens ZFE)

Brauer, Büttner (Siemens), Taubner (Siemens), Barnard, Filkorn, Mader

Entwicklung neuer effizienter symbolischer Methoden auf der Basis von binären Entscheidungsdiagrammen; Weiterentwicklung von Methoden des model checking, insbesondere Untersuchung des modalen u-Kalküls.



Qualitative Repräsentation von Wissen

Brauer, Freksa, Hernández, Brandmair, Högg, Kobler, Schwarzer, Zimmermann

Qualitative Repräsentationen machen nur so viele Unterscheidungen wie unbedingt nötig, um Objekte, Ereignisse, Situationen usw. in einem gegebenen Kontext zu identifizieren, im Gegensatz zu solchen, die nötig wären, um eine Situation vollständig zu rekonstruieren.
In diesem Projekt werden insbesondere qualitative Repräsentationen zeitlichen und räumlichen Wissens untersucht.
Bei der rekonstruktiven Aufgabe der Visualisierung räumlicher Relationen müssen zusätzliche Informationsquellen miteinbezogen werden, um ihre inhärente Unterbestimmtheit auszugleichen. Die vielfältigen Beziehungen zwischen qualitativen Repräsentationen und dem Themenkomplex Standardannahmen (default reasoning) sind Gegenstand neuer Untersuchungen.



Expertensysteme

Brauer, Freksa, Hernández, Schill (Med. Psych. LMU), Engelbrecht (GSF, MEDIS-Institut), Burger, Kliment, Menz

Für medizinische Anwendungen wurden sowohl Grundlagenuntersuchungen zur Kosten/Nutzen-Problematik und zum Schlußfolgern mit unvollständigen oder unsicherem Wissen als auch spezielle Projekte zur Erstellung von medizinischen Expertensystemen durchgeführt (Lebensqualität von Patientengruppen bei verschiedenen Therapien, Diätverpflegung von Diabetespatienten im Krankenhaus).



Mehr-Agenten- und Klassifizierer-Systeme

Brauer, Weiß, Hutter, Zimny

Theoretische und experimentelle Untersuchungen von grundlegenden Verfahren der verteilten KI: Erweiterungen der Klassifizierersysteme, Lernen in Mehr-Agenten-Systemen (Übertragung von Verfahren aus dem Bereich regelbasierter Systeme).



2.2 Weitere Forschungsvorhaben

Boudol (INRIA, Antibes), Castellani (INRIA, Antibes), Hennessy (Sussex University), Kiehn

Der in einer früheren Arbeit entwickelte Äquivalenzbegriff für CCS, mit dem Aussagen über die Verteiltheit von Prozessen getroffen werden können, wurde verallgemeinert und weiter untersucht. Beliebige, nur wenigen technischen Anforderungen genügende Relationen auf Lokalitäten können nun mit der Bisimulationsäquivalenz kombiniert werden.
Als Hauptergebnis konnte eine Axiomatisierung der so erhaltenen Relation für endliche Prozesse erzielt werden. Diese Ergebnisse sind in einem Bericht der Sussex University zusammengefaßt worden.



Brauer, Martin Kay (Stanford), Röscheisen, Hernández, Kessler

Untersuchungen zu Übersetzungssystemen als Hilfssysteme für professionelle Übersetzer: Entwurf einer neuartigen Systemarchitektur und Übersetzungsmethode (negoziierte Übersetzung - Röscheisen); Erstellung eines Systems für die Übersetzung einfacher technischer Beschreibungstexte für CAI.



Brauer, Laußermair (Siemens-Nixdorf)

Ein neues Verfahren für die diskrete dynamische Optimierung, das auf selbstorganisierender Musterbildung bei Relaxationsverfahren beruht und insbesondere auf das Problem des Handlungsreisenden und das Graphfärbungsproblem angewandt wurde.



Brauer, Struß (Siemens), Beschta

Untersuchungen zur kontrollierten Nutzung von Fehlermodellen in modellbasierten Diagnosesystemen.



Brauer, Freksa, Wondollek

Untersuchung zum Einsatz von Methoden der Fuzzy-Steuerung im Bergbau.



Buntrock (Würzburg), Damm, Hertrampf (Würzburg), Meinel (Paderborn, Trier)

Es wurden Logspace-Mod-Klassen untersucht, vollständige Probleme und obere Schranken angegeben. Für den Nachweis der Vollständigkeit gewisser Probleme wird wesentlich die Abgeschlossenheit der Klassen unter NC1-Reduktionen benutzt, die für Logspace-Modp-Klassen (p prim) nachgewiesen werden konnte



Damm, Krause (Dortmund), Meinel (Paderborn, Trier), Waack (Berlin)

Für verschiedene Akzeptierungsmodi nichtdeterministischer Kommunikationsprotokolle wurde nachgewiesen, daß die entsprechenden Komplexitätsklassen paarweise nicht vergleichbar sind. Die untersuchten Modi sind durch Bedingungen an die Anzahlen der akzeptierenden Protokolle definiert. Insbesondere wird gezeigt, daß Modp-Akzeptierung (p prim) und probabilistische Akzeptierung paarweise nicht vergleichbar sind, womit ein offenes Problem von Halstenberg und Reischuk gelöst wurde.



Damm, Lenz (Frankfurt)

Es wurden symmetrische Funktionen untersucht, die sich durch Schaltkreise polynomialer Größe und konstanter Tiefe mit NOT-, AND-, OR- und MODp-Gattern darstellen lassen (p Primzahl). Für Tiefe 2 ist eine genaue Charakterisierung bekannt, wobei benutzt wird, daß eine spezielle Transformation auf dem Ring der Booleschen Funktionen komplexitätserhaltend ist für Tiefe 2-Schaltkreise. Unter der Annahme, daß dies auch für beliebige konstante Tiefe gilt, kann man eine vollständige Chrarakterisierung auch für beliebige konstante Tiefe angeben.



Damm

Es ist bekannt, daß sich die Determinante einer ganzzahligen Matrix darstellen läßt als Differenz zweier #L-Funktionen (Akzeptierungsfunktionen von NL-Maschinen) darstellen läßt. Es konnte nachgewiesen werden, daß L(#L) zumindest unter einer algebraischen Variante von NC1-Reduktionen abgeschlossen ist. Folglich sind alle in der Literatur beschriebenen Probleme aus der von Cook definierten Klasse DET bereits in L(#L) enthalten.



Desel

Forschungsarbeiten zu Free-Choice Netzen. Charakterisierung der relativen Ausdruckskraft dieser Netzklasse durch uninterpretierte Datenflußgraphen, Charakterisierung von lebendigen und sicheren Markierungen durch linear algebraische Methoden, die eine effiziente Analyse erlauben.
Weitere Untersuchungen zur Komplexität dynamischer Eigenschaften von Free-Choice Netzen.
Beweismethoden für Lebendigkeit und für die Nicht-Erreichbarkeit einer Markierung für allgemeine Netze.



Fanchon (Université Paris-Sud), Kiehn, Vogler

Es wurde untersucht, wie sich die den Paralleloperator expandierende operationelle CCS-Semantik von Fanchon mit den lokalitätsbasierten Semantiken in Beziehung setzen lassen.



Gold

Die Untersuchung von kompositionalen Semantiken, die das Ein-/Ausgabeverhalten beschreiben, wurden fortgesetzt. Die Spursemantik für Datenflußnetze wurde auf Petrinetze übertragen. Sie ist "fully abstract" bzgl. einer aus Schaltfolgen resultierenden Basissemantik. Eine funktionale Semantik zur Beschreibung von Maximalitäts- und Fairnesseigenschaften wurde gegeben. Einige spezielle Netzklassen wurden betrachtet, u.a. Free Choice Netze, für die sich die Semantiken besonders einfach angeben lassen, und Netze mit nur einer Eingabe- und einer Ausgabestelle, für die eine funktionale Semantik mit der Spursemantik übereinstimmt.



Kiehn

Bei den bisimulationsartigen Äquivalenzbegriffen für Prozeßalgebren zur expliziten Behandlung von Nebenläufigkeit kann man zwischen dem lokalitätsbasierten und dem kausalitätsbasierten Ansatz unterscheiden. Es wurde ein Formalismus entwickelt, der es erlaubt, beide Äquivalenztypen als Spezialfall eines allgemeinen Äquivalenzschemas anzusehen. Diese Ergebnisse sind in einem Institutsbericht erschienen.



Hernández, Kobler

Implementation eines Scheme Systems (StoL) zum sog. "literate programming", ein im WEB System von Knuth geprägter Begriff, um Programme zu beschreiben, die wie literarische Werke gelesen werden können.
StoL nimmt geringfügig modifizierte Scheme Programmquellen als Eingabe und produziert daraus LaTeX Quellen, die dann mit TeX gesetzt werden.



Lange, Rossmanith, Rytter

Es wurden effiziente parallele Algorithmen für "Ranking" und "Max-Word" für verschiedene Unterklassen der kontextfreien Sprachen, sowie für verschiedene Lindenmayer-Systeme entworfen.



Vogler

Um das Zusammenspiel von Nichtdeterminismus und Nebenläufigkeit semantisch im Detail zu erfassen ist die prozeßfortsetzende Bisimulation von Interesse. Aufbauend auf eigene Resultate wurde gezeigt, daß diese für sichere, endliche Netze mit internen Aktionen entscheidbar ist.



Schoett

Es wurde gezeigt, daß die Klasse verhaltenskorrekter Realisierungen eines Zählers keine endliche exakte Spezifikation in der Prädikatenlogik erster Stufe besitzt. Ein analoges Resultat war zuvor nur für bedingte Gleichungen bekannt.
Die "failure''-Semantik des Prozeßkalküls CSP wurde daraufhin untersucht, ob sie eine genauere Beschreibung von Prozessen mit divergenten Zuständen ermöglicht als die übliche Gleichsetzung solcher Zustände mit dem maximal nichtdeterministischen Prozeß "Chaos''. Zwar ist eine solche Beschreibung möglich, es konnte jedoch noch keine Methode zur Lösung der unbewachten Rekursion in diesem Ansatz gefunden werden.



Weiß

Untersuchungen zum maschinellen Lernen in verteilten Systemen (neuronale Netze, regelbasierte Systeme, Mehragenten-Systeme). Schwerpunkt hierbei bildet die Identifikation allgemeiner Prinzipien verteilten Lernens.






3 Veröffentlichungen

Àlvarez, C., Jenner, B.: A very hard log space counting class. Technischer Bericht FBI-HH-247, Fachbereich Informatik, Universität Hamburg,1991

Àlvarez, C., Balcázar, J.L., Jenner, B.: Adaptive logspace reducibility and parallel time. Technischer Report LSI-91-48, Dept. L.S.I., Universitat Poltécnica de Catalunya, Barcelona, 1991

Book, R.V., Tang, Shou-wen: Polynomial-time reducibilities and "almost-all" oracle sets. - In: Theoretical Computer Science , Vol. 81 (1991), pp. 35-47

Book, R.V., Tang, Shou-wen: Reducibilities on tally and sparse sets. - In: R.A.I.R.O. - Informatique Theorique et Applications, Vol. 25 (1991), pp. 293-302

Book, R.V.: Some observations on separating complexity classes. - In: SIAM Journal on Computing , Vol. 20 (1991), pp. 246-258

Book, R.V.: On random oracle separations. - In: Information Processing Letters , Vol. 39 (1991),
pp. 7-10

Book, R.V. (Ed.): Rewriting Techniques and Applications. Berlin: Springer, 1991, Lect. Notes Comput. Sci.; 488

Boudol, G., Castellani, I., Henessy, M., Kiehn, A.: Observing Localities. Bericht 4/91, Sussex University und 1485 INRIA 1991. - In: Proc. of the 16th International Symposium on Mathematical Foundations of Computer Science (MFCS 91), Kazimierz Dolny, Poland. Ed.: A. Terlecki, Springer-Verlag, 1991, Lect. Notes Comput. Sci.; 520 , pp. 93-102

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4 Vorträge

Book Brauer Damm Desel Diekert Freksa Gomm Heise Hernández Jenner Kiehn Kindler Kunde Lange Reisig Rossmanith Schoett Vogler Weiß Wrathall




5 Vorlesungen und Seminare

Book Book, Diekert, Jenner, Kunde, Lange, Rossmanith, Tensi Brauer Brauer, Freksa, Hernández Brauer, Freksa, Hernández, Schätz Brauer, Freksa, Laußermair, Weiß Brauer, Freksa, Schmidhuber Brauer, Hernández, Weiß Brauer, Vogler Brauer, Weiß Broy, Brauer, Reisig Diekert Diekert, Kunde Heise, Reisig, Vogler Lange Lange, Kunde Reisig Rossmanith Vogler Wrathall




6 Sonstige Tätigkeiten

Book Brauer Damm Desel Diekert Gold Heise Hernández Jenner Lange Kiehn Kindler Kunde Reisig Rossmanith Schoett Vogler Walter Weiß




7 Forschungsberichte Künstliche Intelligenz

Die Forschungsberichte Künstliche Intelligenz enthalten vornehmlich Vorabveröffentlichungen, spezialisierte Einzelergebnisse und ergänzende Materialien, die in der KI/Kognitionsgruppe am Lehrstuhl Prof. Brauer und in der KI-Gruppe Intellektik am Lehrstuhl Prof. Jessen entstanden sind.
Eine Zusammenstellung aller derzeit lieferbaren FKI-Berichte und einzelne Exemplare aus dieser Reihe können bei folgender Anschrift angefordert werden:

"FKI"
Institut für Informatik
Lehrstuhl Prof. Dr. W. Brauer, H2
TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN
Arcisstraße 21
D - 8000 München 2

Tel.: +49 - 89 - 280 52 17
Telex: tumue d 05 - 22854
Fax: +49 - 89 - 2105 - 8207
E-Mail: fki@informatik.tu-muenchen.de

Die aktuelle FKI-Liste, einige Kurzfassungen zu den Berichten sowie ganze Berichte (komprimierte Postscript-Dateien) können zudem auf elektronischem Wege bezogen werden:

Login: anonymous
Maschine: flop.informatik.tu-muenchen.de (131.159.8.35)
Verzeichnis: pub/fki






8 Rufnummern/E-Mail-Adressen

Name Tel.-Nr. E-Mail-Anschrift
Barnard, D. 2105-2391 barnard@informatik.tu-muenchen.de
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Martin Eldracher, eldrache@informatik.tu-muenchen.de, 1995-12-22