HochschulschriftMaschinelles LernenMolekulardesignTransformer durch BeispielEvolutionärer AlgorithmusAlgorithmusSoft ComputingMetaheuristikNatural ComputingTransformationProgrammierspracheModellierungDeepfake
Künstliche Intelligenz kann helfen, Moleküle zu optimieren und neue molekulare Strukturen zu entdecken. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Anpassung aktueller KI-Methoden für verschiedene molekulare Repräsentation zur Generierung medikamentenähnlicher Moleküle. Der Schwerpunkt liegt dabei auf evolutionären Algorithmen und Transformern. Es zeigt sich, dass evolutionäre Algorithmen bei der Optimierung von Molekülen für mehrere Zieleigenschaften effektiv sind. Transformer als generative neuronale Modelle hingegen nutzen bekannte molekulare Datenbanken und ermöglichen die Generierung innovativer Moleküle. In dieser Arbeit werden neue Wege zur Verwendung von Transformern für räumliche und graphenbasierte Darstellungen aufgezeigt. Schließlich eröffnet die Kombination von Transformern und evolutionären Algorithmen neue Möglichkeiten für die Molekülgenerierung.
Artificial intelligence can help optimize molecules and discover new molecular structures. This work focuses on adapting state-of-the-art AI methods for various molecular representations to generate drug-like molecules. Emphasis is placed on evolutionary algorithms and transformers. Evolutionary algorithms are shown to be effective in optimizing molecules for multiple target properties. Transformers as generative neural models, on the other hand, leverage known molecular databases and enable the generation of novel molecules. This work demonstrates new ways of using transformers for spatial and graph representations. Finally, combination of transformers and evolutionary algorithms opens new possibilities for molecule generation.
Diese Arbeit untersucht die Forschungsfrage, wie sozialwissenschaftliche Primärforschung zu Akzeptanz und Nutzung von Mobilitätsangeboten mit einem entsprechend zu entwickelnden Mobilitätssimulationssystem unterstützt werden kann. Nach der Analyse des Stands der Technik werden Anforderungen an das zu entwickelnde Mobilitätssimulationssystem erhoben und ein entsprechendes Konzept erstellt. Dazu wird auf Grundlage verkehrsplanerischer, technisch-informatischer sowie sozialwissenschaftlicher Ansätze eine agentenbasierte Architektur als Simulationsmodell formuliert und ein auf Fuzzyinferenz basierendes generisches Inferenzmodell für das nutzenbasierte Entscheidungsverhalten der Agenten entwickelt. Das Mobilitätssimulationssystem wird prototypisch als Multiagentensystem implementiert und hinsichtlich der Forschungsfrage evaluiert. Es kann gezeigt werden, dass der Prototyp zur Simulation von Akzeptanz und Nutzung von Mobilitätsangeboten geeignet ist und eingesetzt werden kann.
This thesis investigates the research question of how socio-scientific field research on acceptance and use of mobility services can be supported with an accordingly developed mobility simulation system.After the analysis of the state of the art, requirements for the mobility simulation system to be developed are determined and a corresponding concept is developed. For this purpose and based on fundamentals from traffic planning, computer science and the social sciences, an agent-based architecture to be used as the simulation model is formulated and a generic inference model based on fuzzy inference to be used for the utility-based decision making of the agents is developed. A prototype of the mobility simulation system is implemented and evaluated with regard to the research question.It can be shown that the prototype is suitable and can be used to simulate the acceptance and use of mobility services.
Hochverfügbare Dienste können mit Hilfe von sogenannten Quorum Protokollen realisiert werden. Leider gestaltet sich die Anwendung von Quorum-Protokollen in realen Netzwerken als schwierig, da effiziente Quorum-Protokolle oft von einer bestimmten Graphenstruktur abhängen, die den von ihnen verwalteten Replikaten auferlegt sind. In dieser Arbeit zeigen wir, dass die Kosten- und Verfügbarkeits\-vorhersagen von Quorum-Protokollen oft ungenau sind, wenn sie in einem realen Netzwerk eingesetzt werden. Wir stellen den Mapping-Ansatz vor. Der Mapping-Ansatz erhöht die Genauigkeit der der Kosten- und Verfügbarkeits\-vorhersagen der meisten Quorum-Protokolle in realen Netzwerken. Da der Mapping-Ansatz sehr rechenintensiv ist, wird das k-nearest neighbors Verfahren benutzt, um die Verfügbarkeit der durch die Quoren Protokolle erbrachten Dienste vorherzusagen. Da selbst diese Technik bei bestimmten Netzwerkgrößen nicht praktikabel ist, werden zwei neue Quorum-Protokoll, namentlich das Circle-Protokoll und das Crossing-Protokoll, vorgestellt. Diese beiden Protokolle arbeiten direkt auf einem realen Netzwerk. Alle diese verschiedenen Techniken werden ausführlich analysiert und verglichen. Abschließend wird ein Algorithmus vorgestellt, der alle diese Techniken verwendet um das beste Quorum-Protokoll für ein gegebenes reales Netzwerk zu finden.
Highly available services can be implemented by means of so-called quorum protocols. Unfortunately, applying quorum protocols in real-world physical networks turns out to be difficult since efficient quorum protocols often depend on a particular graph structure imposed on the replicas managed by it. In this work, we show that the cost and availability predictions of the operations provided by quorum protocols are often not accurate when they are executed in a real-world physical network. We present the mapping approach, the mapping approach increases the accuracy of the cost and availability predictions of most quorum protocols on real-world networks. The mapping approach is used to analyze multiple existing quorum protocols when applied on real-world networks. As the mapping approach is computational expensive, the k-nearest neighbors algorithm is novelly employed to predict availability of the services facilitated by the quorum protocols when used on a real-world network. As even this technique is infeasible at certain network sizes two new quorum protocol, namely the Circle Protocol and the Crossing Protocol, are presented that directly work on the real-world network of arbitrary size. All these different techniques are extensively analyzed and compared. Concluding, an algorithm is presented that uses all these techniques to find the best quorum protocol for a given real-world network.
Ein verteiltes System ist ein Paradigma, welches für die moderne, technologische Welt unverzichtbar ist, in der jede Sekunde unzählige Anfragen verarbeitet werden. Dafür braucht es in verteilten Systemen eine hohe Verfügbarkeit. In einer sich verändernden Umgebung sind durch die Komplexität und Skalierbarkeit der Ressourcen und Komponenten die Systeme häufig Fehlern ausgesetzt. Replikation spielt eine Rolle bei der Milderung solcher Fehler. Sie maskiert diese, um eine fehlertolerante Umgebung zu schaffen. In dieser Hinsicht fokussiert sich diese Forschung auf zielgerichtete Modellierung, maschinelles Lernen und insbesondere genetische Programmierung, um automatisch neue Datenreplikationsstrategien zu identifizieren und entwerfen. Diese Dissertation stellt einen Ansatz zur Abwägung und Optimierung der Ziele vor, welcher auf genetischer Programmierung basiert. Er bestimmt neue, auf das Problem zugeschnittene Replikationsstrategien, die mit etablierten Strategien konkurrieren.
A distributed system is a paradigm, which is indispensable to the current world due to countless requests with every passing second. Therefore, in distributed computing, high availability is very important. Since failures are often inevitable in a distributed paradigm, it greatly affects the availability of services. Replication plays a role in mitigating such failures by masking them to achieve a fault-tolerant distributed environment, thereby eliminating the hindrances in the availability of the data. In this regard, this research focuses on sophisticated modeling, analysis, and machine learning approaches, particularly, genetic programming to automatically identify and design new data replication strategies that are innovative. This dissertation proposes a genetic programming-based multi-objective optimization approach that offers competitive results w.r.t. the contemporary strategies as well as generating novel strategies even with a slight use of relevant genetic operators.
Hochverfügbare Dienste können mit Hilfe von sogenannten Quorum Protokollen realisiert werden. Leider gestaltet sich die Anwendung von Quorum-Protokollen in realen Netzwerken als schwierig, da effiziente Quorum-Protokolle oft von einer bestimmten Graphenstruktur abhängen, die den von ihnen verwalteten Replikaten auferlegt sind. In dieser Arbeit zeigen wir, dass die Kosten- und Verfügbarkeits\-vorhersagen von Quorum-Protokollen oft ungenau sind, wenn sie in einem realen Netzwerk eingesetzt werden. Wir stellen den Mapping-Ansatz vor. Der Mapping-Ansatz erhöht die Genauigkeit der der Kosten- und Verfügbarkeits\-vorhersagen der meisten Quorum-Protokolle in realen Netzwerken. Da der Mapping-Ansatz sehr rechenintensiv ist, wird das k-nearest neighbors Verfahren benutzt, um die Verfügbarkeit der durch die Quoren Protokolle erbrachten Dienste vorherzusagen. Da selbst diese Technik bei bestimmten Netzwerkgrößen nicht praktikabel ist, werden zwei neue Quorum-Protokoll, namentlich das Circle-Protokoll und das Crossing-Protokoll, vorgestellt. Diese beiden Protokolle arbeiten direkt auf einem realen Netzwerk. Alle diese verschiedenen Techniken werden ausführlich analysiert und verglichen. Abschließend wird ein Algorithmus vorgestellt, der alle diese Techniken verwendet um das beste Quorum-Protokoll für ein gegebenes reales Netzwerk zu finden.
Highly available services can be implemented by means of so-called quorum protocols. Unfortunately, applying quorum protocols in real-world physical networks turns out to be difficult since efficient quorum protocols often depend on a particular graph structure imposed on the replicas managed by it. In this work, we show that the cost and availability predictions of the operations provided by quorum protocols are often not accurate when they are executed in a real-world physical network. We present the mapping approach, the mapping approach increases the accuracy of the cost and availability predictions of most quorum protocols on real-world networks. The mapping approach is used to analyze multiple existing quorum protocols when applied on real-world networks. As the mapping approach is computational expensive, the k-nearest neighbors algorithm is novelly employed to predict availability of the services facilitated by the quorum protocols when used on a real-world network. As even this technique is infeasible at certain network sizes two new quorum protocol, namely the Circle Protocol and the Crossing Protocol, are presented that directly work on the real-world network of arbitrary size. All these different techniques are extensively analyzed and compared. Concluding, an algorithm is presented that uses all these techniques to find the best quorum protocol for a given real-world network.
