000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft
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The increasing diffusion of rapidly developing AI technologies led to the idea of the experiment to combine TRIZ-based automated idea generation with the natural language processing tool ChatGPT, using the chatbot to interpret the automatically generated elementary solution principles. The article explores the opportunities and benefits of a novel AI-enhanced approach to teaching systematic innovation, analyses the learning experience, identifies the factors that affect students' innovation and problem-solving performance, and highlights the main difficulties students face, especially in interdisciplinary problems.
Enhancing engineering creativity with automated formulation of elementary solution principles
(2023)
The paper describes a method for the automated formulation of elementary creative stimuli for product or process design at different levels of abstraction and in different engineering domains. The experimental study evaluates the impact of structured automated idea generation on inventive thinking in engineering design and compares it with previous experimental studies in educational and industrial settings. The outlook highlights the benefits of using automated ideation in the context of AI-assisted invention and innovation.
Die Visualisierung von Programmabläufen ist ein zentraler Aspekt für Programmieranfänger, um das Verständnis von Codeabläufen zu erleichtern und den Einstieg in der Softwareentwicklung zu unterstützen. In dieser Masterthesis wird ein speziell auf die Bedürfnisse von Einsteigern zugeschnittenes generisches Framework vorgestellt, wobei der Fokus auf einer einfachen, verständlichen aber auch korrekten Darstellung der Programmausführung liegt. Das Framework integriert das Debugger Adapter Protocol, um den Debugger unterschiedlicher Sprachen ansprechen und verwenden zu können.
In dieser Arbeit werden zunächst die Anforderungen für das generische Framework diskutiert. Anschließend werden bestehende Ansätze zur Visualisierung von Programmabläufen ausführlich untersucht und analysiert. Die Implementierung des Frameworks wird daraufhin detailliert beschrieben, wobei besonderer Wert auf die Erweiterbarkeit unterschiedlicher Sprachen gelegt wird.
Um die Eignung des Frameworks zu evaluieren, werden mehrere Aufgaben aus dem ersten Modul mit der jeweiligen Programmiersprache des Studiengangs Angewandte Informatik der Hochschule Offenburg betrachtet. Die Ergebnisse zeigen, dass das Framework mit den Aufgaben umgehen und diese korrekt und verständlich darstellen kann.
Due to its performance, the field of deep learning has gained a lot of attention, with neural networks succeeding in areas like Computer Vision (CV), Neural Language Processing (NLP), and Reinforcement Learning (RL). However, high accuracy comes at a computational cost as larger networks require longer training time and no longer fit onto a single GPU. To reduce training costs, researchers are looking into the dynamics of different optimizers, in order to find ways to make training more efficient. Resource requirements can be limited by reducing model size during training or designing more efficient models that improve accuracy without increasing network size.
This thesis combines eigenvalue computation and high-dimensional loss surface visualization to study different optimizers and deep neural network models. Eigenvectors of different eigenvalues are computed, and the loss landscape and optimizer trajectory are projected onto the plane spanned by those eigenvectors. A new parallelization method for the stochastic Lanczos method is introduced, resulting in faster computation and thus enabling high-resolution videos of the trajectory and secondorder information during neural network training. Additionally, the thesis presents the loss landscape between two minima along with the eigenvalue density spectrum at intermediate points for the first time.
Secondly, this thesis presents a regularization method for Generative Adversarial Networks (GANs) that uses second-order information. The gradient during training is modified by subtracting the eigenvector direction of the biggest eigenvalue, preventing the network from falling into the steepest minima and avoiding mode collapse. The thesis also shows the full eigenvalue density spectra of GANs during training.
Thirdly, this thesis introduces ProxSGD, a proximal algorithm for neural network training that guarantees convergence to a stationary point and unifies multiple popular optimizers. Proximal gradients are used to find a closed-form solution to the problem of training neural networks with smooth and non-smooth regularizations, resulting in better sparsity and more efficient optimization. Experiments show that ProxSGD can find sparser networks while reaching the same accuracy as popular optimizers.
Lastly, this thesis unifies sparsity and neural architecture search (NAS) through the framework of group sparsity. Group sparsity is achieved through ℓ2,1-regularization during training, allowing for filter and operation pruning to reduce model size with minimal sacrifice in accuracy. By grouping multiple operations together, group sparsity can be used for NAS as well. This approach is shown to be more robust while still achieving competitive accuracies compared to state-of-the-art methods
Künstliche Intelligenz (KI) durchdringt unser Leben immer stärker. Studierende werden im Alltag und an Hochschulen zunehmend mit KI-Anwendungen konfrontiert. An der Hochschule Offenburg werden deshalb KI-bezogene Lehrangebote curricular verankert, um Studierende im Erwerb von KI-Kompetenz zu unterstützen.
Der Beitrag stellt ein Konzept für die Entwicklung von Lehrveranstaltungen nach der Idee des pädagogischen Makings zur Förderung von KI-Kompetenz in der Hochschullehre vor. Konkretisiert wird das Konzept anhand eines Moduls zum Thema Chatbots, dessen Lehrinhalte interdisziplinär aus verschiedenen Perspektiven ausgearbeitet werden.
Go ist eine 2009 veröffentlichte Programmiersprache mit einem statischen Typsystem. Seit Version 1.18 sind auch Generics ein Teil der Sprache. Deren Übersetzung wurde im de facto Standard-Compiler mittels Monomorphisierung umgesetzt. Diese bringt neben einigen Vorteilen auch Nachteile mit sich. Aus diesem Grund beschäftigt sich diese Arbeit mit einer alternativen Übersetzungsstrategie für Generics in Go und implementiert diese in einem neuen Compiler für Featherweight Generic Go, einem Subset von Go. Zum Schluss steht damit ein nahezu funktionierender Compiler, welcher schließlich Racket-Code ausgibt. Eine Evaluierung der Performanz der Übersetzungsstrategie ist allerdings noch ausstehend.
In den letzten Jahren haben Recommender Systeme zunehmend an Bedeutung gewonnen. Diese Systeme sind meist für Bereiche des E-Commerce konzipiert und berücksichtigen oftmals nicht den aktuellen Kontext der nutzenden Person. Recommender Systeme können allerdings nicht nur im E-Commerce zum Einsatz kommen, sondern finden ihren Anwendungszweck auch im Gesundheitswesen. Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, ein Recommender System zu entwickeln, das den aktuellen Kontext der nutzenden Person (Chatverlauf, demografische Daten) besser berücksichtigen kann. Dazu befasst sich diese Arbeit mit der Konzeption und prototypischen Umsetzung eines kontextsensitiven Recommender Systems für einen bereits existierenden Chatbot aus dem Gesundheitswesen. Das in dieser Arbeit konzipierte und entwickelte Recommender System soll Mitarbeitende aus dem Gesundheits- und Sozialwesen entlasten und ihnen hilfreiche sowie thematisch sinnvolle Informationen zur Verfügung stellen. Basierend auf festgelegten Anforderungen wurde ein Konzept für das Recommender System entwickelt und zu Teilen als Prototyp umgesetzt. Abschließend wurde der Prototyp im Hinblick auf die Anforderungen evaluiert. Zudem fand eine technische Evaluation und eine Evaluation mithilfe von Anwendenden statt, welche den implementierten Prototypen bereits existierenden Systemen gegenüberstellte. Die von dem Prototyp empfohlenen Textausschnitte erzielten in der Evaluation mit nutzenden Personen eine thematisch signifikant höhere Übereinstimmung mit den Chatdaten.
Das Thema dieser Masterthesis lautet „Camera Stream Solution – Marktübersicht, Lösungsansätze, Prototyp“. Mit dieser Arbeit wird eine Videostreaming-Lösung für die Herrenknecht-Plattform CONNECTED realisiert. Dabei geht es um die Bildschirmaufnahme von Navigations- und Steuerungsbildschirmen auf Tunnelbohrmaschinen und die Übertragung dieser Aufnahmen in die Cloud. Letztlich wird ermöglicht die Aufnahmen in nahezu Echtzeit als Videostream in einem Videoplayer wiederzugeben.
Zu Beginn werden die Grundlagen zur Datenübertragung im Internet sowie zum Streaming erläutert. Im Anschluss wird eine Marktübersicht verschiedener Streaming-Komponenten gegeben sowie einige Lösungsansätze vorgestellt und anhand ausgewählter Kriterien verglichen. Im nächsten Schritt wird die Implementierung eines Prototyps behandelt. Dieser nutzt unter anderem ffmpeg für die Bildschirmaufnahme und die Kodierung sowie die Streaming-Protokolle RTMP (Real Time Messaging Protocol) und HLS (HTTP Live Streaming). Zur Realisierung der Architektur gehört auch die Entwicklung einer REST-API und eines REST-Clients in C#.
Mit dem Projekt wird eine „echte“ Streaming-Lösung für die Kundenplattform CONNECTED entwickelt, die einen Videostream mit 24 Bildern pro Sekunde bietet, um die bisherige Darstellung von Screenshots auf der Plattform zu ersetzen.
In modernen Industrieautomatisierungssysteme kann die IT-Sicherheit nicht mehr ignoriert werden. Um dem Datenverkehr Schutz zu bieten, sind kryptografische Schutzmaßnahmen notwendig. Eine gängige Schutzmaßnahme ist die Verwendung von digitalen Zertifikaten zur Autorisierung und Authentifizierung. Um Zertifikate sicher und geregelt auf Endgeräte zu bringen, ist jedoch eine Public-Key-Infrastructure notwendig. Solche PKIs sind bisher wenig im Umfeld der Industrieautomatisierung untersucht. Das Institut für verlässliche Embedded-Systems der Hochschule Offenburg bietet hierfür eine mögliche Lösung, welche auf einer zentralen Einheit, genannt Credentialing Entity, basiert. Ein Demonstrator dieses Konzepts wurde bereits in den weit verbreiteten Systemprogrammier-sprachen C und C++ implementiert.
Im Rahmen dieser Arbeit wird die Verwendung der modernen speichersicheren Programmiersprache Rust in der Systemprogrammierung als Alternative zu den Domänenführern C/C++ am Beispiel der Implementierung der Credentialing-Entity untersucht. Hierbei werden Aspekte wie die Vorzüge Rusts, dessen Ökosystem und Interoperabilität mit den Marktführern C/C++ untersucht.
In the last years, social robots have become a trending topic. Indeed, robots which communicate with us and mimic human behavior patterns are fascinating. However, while there is a massive body of research on their design and acceptance in different fields of application, their market potential has been rarely investigated. As their future integration in society may have a vast disruptive potential, this work aims at shedding light on the market potential, focusing on the assistive health domain. A study with 197 persons from Italy (age: M = 67.87; SD = 8.87) and Germany (age: M = 62.15; SD = 6.14) investigates cultural acceptance, desired functionalities, and purchase preferences. The participants filled in a questionnaire after watching a video illustrating some examples of social robots. Surprisingly, the individual perception of health status, social status as well as nationality did hardly influence the attitude towards social robots, although the German group was somewhat more reluctant to the idea of using them. Instead, there were significant correlations with most dimensions of the Almere model (like perceived enjoyment, sociability, usefulness and trustworthiness). Also, technology acceptance resulted strongly correlated with the individual readiness to invest money. However, as most persons consider social robots as “Assistive Technological Devices” (ATDs), they expected that their provision should mirror the usual practices followed in the two Countries for such devices. Thus, to facilitate social robots’ future visibility and adoption by both individuals and health care organisations, policy makers would need to start integrating them into official ATDs databases.