Thèses sur le sujet « Generalisierung »

The process of performing cartographic generalization in an automatic way applied on geographic information is of highly interest in the field of cartography, both in academia and industry. Many research e↵orts have been done to implement di↵erent automatic generalization approaches. Being able to answer the research question on automatic generalization, another interesting question opens up: ”Is it possible to retrieve and visualize geographic information in any arbitrary scale?” This is the question in the field of vario-scale geoinformation. Potential research works should answer this question with solutions which provide valid and efficient representation of geoinformation in any on-demand scale. More brilliant solutions will also provide smooth transitions between these on-demand arbitrary scales. Space-Scale-Cube (Meijers and Van Oosterom 2011) is a reactive tree (Van Oosterom 1991) data structure which shows positive potential for achieving smooth automatic vario-scale generalization of area features. The topic of this research work is investigation of adaptation of this approach on an interesting class of geographic information: road networks datasets. Firstly theoretical background will be introduced and discussed and afterwards, implementing the adaptation would be described. This research work includes development of a hierarchical data structure based on road network datasets and the potential use of this data structure in vario-scale geoinformation retrieval and visualization.

Die mapChart GmbH bietet einen Softwaredienst an, der es ermöglicht, auf der Grundlage von teilweise kundenspezifischen Basisgeometrien vektorbasierte Karten zu erstellen. Primäres Ausgabemedium ist dabei die Bildschirmkarte des JAVA-Clients im Webbrowser. PDF-Export und Druck sind ebenso möglich. Bei der Kartenerstellung ist der Anwender nicht an vorgegebene Maßstäbe gebunden, sondern kann frei wählen, welches Gebiet in welcher Größe dargestellt werden soll. Hierdurch ergeben sich komplexe Aufgabenstellungen für die kartografische Generalisierung. Diese Probleme und deren bisherige Lösungen durch das Unternehmen werden im ersten Teil der Arbeit diskutiert, wobei verschiedene wissenschaftliche Arbeiten für spezielle Teilaufgaben der Generalisierung kurz vorgestellt werden. Selektion und Formvereinfachung gelten als die wichtigsten Generalisierungsschritte. Während die Selektion mit den vorhandenen Methoden von Geodatenbanken relativ problemlos realisiert werden kann, stellt die Formvereinfachung ein umfangreiches Problem dar. Das Hauptaugenmerk der Arbeit richtet sich deswegen auf die rechnergestützte Liniengeneralisierung verbunden mit dem Ziel, überflüssige Stützpunkte mit Hilfe von Algorithmen zur Linienvereinfachung einzusparen. Ergebnis sind schnellere Übertragungszeiten der Kartenvektordaten zum Anwender sowie eine Beschleunigung raumbezogener Analysen, wie z. B. Flächenverschneidungen. Des weiteren werden Verbesserungen in der Darstellung angestrebt. Ein geeigneter Algorithmus zeichnet sich durch eine geringe Beanspruchung der Ressourcen Zeit und Speicherbedarf aus. Weiterhin spielt der erreichbare Grad der Verringerung der Stützpunktmenge bei akzeptabler Kartenqualität eine entscheidende Rolle. Nicht zuletzt sind topologische Aspekte und der Implementierungsaufwand zu beachten. Die Arbeit gibt einen umfassenden Überblick über vorhandene Ansätze zur Liniengeneralisierung und leitet aus der Diskussion der Vor- und Nachteile zwei geeignete Algorithmen für die Implementierung mit der Programmiersprache JAVA ab. Die Ergebnisse der Verfahren nach Douglas-Peucker und Visvalingam werden hinsichtlich der Laufzeiten, des Grades der Verringerung der Stützpunktmenge sowie der Qualität der Kartendarstellung verglichen, wobei sich für die Visvalingam-Variante leichte Vorteile ergeben. Eine Parameterkonfiguration für den konkreten Einsatz der Vereinfachungsmethode in das GIS der mapChart GmbH wird vorgeschlagen. Die Vereinfachung von Polygonnetzen stellt eine Erweiterung des Problems der Liniengeneralisierung dar. Hierbei müssen topologische Aspekte beachtet werden, was besonders schwierig ist, wenn die Ausgangsdaten nicht topologisch strukturiert vorliegen. Für diese Aufgabe wurde ein neuer Algorithmus entwickelt und ebenfalls in JAVA implementiert. Die Implementierung dieses Algorithmus und damit erreichbaren Ergebnisse werden anhand von zwei Testdatensätzen vorgestellt, jedoch zeigt sich, dass die wichtige Bedingung der Echtzeitfähigkeit nicht erfüllt wird. Damit ergibt sich, dass der Algorithmus zur Netzvereinfachung nur offline benutzt werden sollte
MapChart GmbH offers a software service, which allows users to create customized, vector-based maps using vendor as well as customer geometric and attributive data. Target delivery media is the on-screen map of the JAVA client within the web browser. PDF export and print are also supported. Map production is not limited to specific scales. The user can choose which area at which scale is shown. This triggers complex tasks for cartographic generalization. Current solutions by the company are discussed and scientific work for selected tasks will be presented shortly. Selection and Simplification are known as the most important steps of generalization. While selection can be managed sufficiently by geo databases, simplification poses considerably problems. The main focus of the thesis is the computational line generalization aiming on reducing the amount of points by simplification. Results are an increased speed of server to client communication and better performance of spatial analysis, such as intersection. Furthermore enhancements for the portrayal of maps are highlighted. An appropriate algorithm minimizes the demands for the resources time and memory. Furthermore the obtainable level of simplification by still producing acceptable map quality plays an important role. Last but not least efforts for the implementation of the algorithm and topology are important. The thesis discusses a broad overview of existing approaches to line simplification. Two appropriate algorithms for the implementation using the programming language JAVA will be proposed. The results of the methods of Visvalingam and Douglas-Peucker will be discussed with regards to performance, level of point reduction and map quality. Recommended parameters for the implementation in the software of MapChart GmbH are derived. The simplification of polygon meshes will be an extension of the line generalization. Topological constraints need to be considered. This task needs a sophisticated approach as the raw data is not stored in a topological structure. For this task a new algorithm was developed. It was also implemented using JAVA. The results of the testing scenario show that the constraint of real-time performance cannot be fulfilled. Hence it is recommended to use the algorithm for the polygon mesh simplification offline only

Wie navigieren Menschen in unüberschaubaren Umgebungen, wenn es nicht möglich ist, alle Optionen ausführlich zu untersuchen? Die Forschung zum menschlichen Lernen hat in den letzten Jahrzehnten rasche Fortschritte gemacht: Von der Entdeckung des neuronalen Substrats für Vorhersagefehler bis hin zur Verwendung ähnlicher Prinzipien zum Aufbau künstlicher Intelligenz, die in Geschicklichkeitsspielen wie Go die besten menschlichen Spieler schlagen kann. Bisher lag der Forschungsschwerpunkt auf dem Lernen durch wiederholte Interaktionen mit ein und derselben Situation. Dabei ist ungeklärt, wie Menschen sich schnell an neue Situationen anpassen können und aus spärlichen Beispielen lernen können. Wir schlagen vor, dass die Generalisierung eine wesentliche Rolle dabei spielt, wie Men- schen effizient die Welt erforschen und sich in ihr zurechtfinden. Inspiriert von Roger Shepards „law of generalization“ präsentieren wir eine allgemeine Theorie der Generalisierung in räumlichen, konzeptuellen und strukturierten Umgebungen. Wir verwenden ein Funktionslernmodell, um zu beschreiben, wie Menschen begrenzte Erfahrungen auf eine Vielzahl neuer Situationen generalisieren, basierend auf dem einfachen Prinzip, dass ähnliche Aktionen zu ähnlichen Ergebnissen führen. Unser Modell der Generalisierung erzeugt Vorhersagen über die erwartete Belohnung und die damit verbundene Unsicherheit unerforschter Optionen—zwei wichtige Komponenten dafür, wie Menschen die Welt aktiv erkunden.
How do people navigate the vastness of real-world environments where it is not feasible to explore all possibilities and the exact same situation is rarely encountered twice? The study of human learning has made rapid progress in the past decades, from discovering the neural substrate of reward prediction errors, to using similar principles to build artificial intelligence capable of beating the best human players in skillful games such as Go. Yet this line of research has primarily focused on learning through repeated interactions with the same stimuli. How are humans able to rapidly adapt to novel situations and learn from such sparse examples? We propose that generalization plays a crucial role in guiding human exploration and learning. Inspired by Roger Shepard’s law of generalization, we present a domain general theory of generalization across spatial, conceptual, and structured environments. We use a function learning model to describe how people generalize limited experiences to a wide set of novel possibilities, based on the simple principle that similar actions produce similar outcomes. Our model of generalization generates predictions about the expected reward and underlying uncertainty of unexplored options, where both are vital components in how people actively explore the world.

OpenStreetMap (OSM) konnte sich seit der Gründung 2004 sehr schnell etablieren und stellt mittlerweile eine konkrete Alternative gegenüber vergleichbaren kommerziellen Anwendungen dar. Dieser Erfolg ist eindeutig auf das revolutionäre Grundkonzept des Projektes zurückzuführen. Weltweit werden räumliche Daten durch Mitglieder erhoben und dem Projekt OSM zur Verfügung gestellt. Über die zugrunde liegenden Lizenzbestimmungen wird sichergestellt, dass OSM-Daten frei verfügbar und kostenfrei weiter verwendbar sind. Vor allem die Vorstellung der Unabhängigkeit von proprietären Daten hat zu starker, weiterhin zunehmender globaler Beteiligung geführt. Resultierend daraus erreichen die verfügbaren Daten inzwischen hohe Dichte sowie Genauigkeit. Visualisierungen in Form von interaktiven, frei skalierbaren Weltkarten, welche über die vollständig automatisierten Softwarelösungen Mapnik und Osmarender erstellt werden, sind am weitesten verbreitet. Infolgedessen müssen kartographische Grundsätze und Regeln formalisiert und implementiert werden. Insbesondere in Bezug auf kartographische Generalisierung treten teils erhebliche Mängel in den entsprechenden Umsetzungen auf. Dies bildet den Ausgangspunkt der Untersuchung. Ausgehend von einer Ist-Analyse werden vorhandene Defizite identifiziert und anschließend Möglichkeiten zur Integration von Generalisierungsfunktionalitäten untersucht. Aktuelle Entwicklungen streben die Anwendung interoperabler Systeme im Kontext kartographischer Generalisierung an, mit dem Ziel Generalisierungsfunktionalitäten über das Internet bereitzustellen. Grundlage hierfür bilden die vom Open Geospatial Consortium (OGC) spezifizierten Web Processing Services (WPS). Sie ermöglichen die Analyse und Verarbeitung räumlicher Daten. In diesem Zusammenhang werden Web Generalization Services (WebGen-WPS) auf mögliche Integration in die Softwarelösungen untersucht und bilden somit einen zentralen Untersuchungsgegenstand der vorliegenden Arbeit. Mapnik stellt, nicht zuletzt durch dessen offengelegten Quelltext („Open Source“), optimale Voraussetzungen für jene Implementierungen zur Verfügung. Zur Verarbeitung von OSM-Daten verwendet Mapnik die freie Geodatenbank PostGIS, welche ebenfalls Funktionalitäten zur Analyse und Verarbeitung räumlicher Daten liefert. In diesem Kontext wird zusätzlich untersucht, inwiefern PostGIS-Funktionen Potential zur Anwendung kartographischer Generalisierung aufweisen
OpenStreetMap (OSM) has established very quickly since its founding in 2004 and has become a suitable alternative to similar commercial applications. This success is clearly due to the revolutionary concept of the project. Spatial data is collected by members world-wide and is provided to the project OSM. The underlying license aggreement ensures that OSM-Data is freely available and can be used free of charge. Primarily, the idea of independence from proprietary data has led to strong, still growing, global participation. Resulting from that, the available data is now achieving high density and accuracy. Visualizations in form of interactive, freely scalable maps of the world, which are constructed by the fully automated software solutions Mapnik and Osmarender are most common. In consequence cartographic principles and rules must be formalized and implemented. Particularly with respect to cartographic generalization, some serious faults appear in the corresponding implementations. This is the starting point of this diploma thesis. Based on an analysis of the current state, actual existing deficiencies are identified and then examined for possibilities to integrate generalization functionalities. Recent developments aim at the deployment of interoperable systems in the context of cartographic generalization, with the intention of providing generalization functionalities over the Internet. This is based on Web Processing Services (WPS) that where developed by the Open Geospatial Consortium (OGC). They enable the analysis and processing of spatial data. In this context, Web Generalization Services (Webgen-WPS) are examined for possible integration into the software solutions and represent therefore a central object of investigation within that examination. Mapnik provides, not least through its “open source” code, ideal conditions for those implementations. Mapnik uses the “open source” spatial database PostGIS for the processing of OSM-Data, which also provides capabilities to analyze and process spatial data. In this context is examined in addition, to what extent the features have potential for implementation of cartographic generalization

Virtual 3D city and landscape models are the main subject investigated in this thesis. They digitally represent urban space and have many applications in different domains, e.g., simulation, cadastral management, and city planning. Visualization is an elementary component of these applications. Photo-realistic visualization with an increasingly high degree of detail leads to fundamental problems for comprehensible visualization. A large number of highly detailed and textured objects within a virtual 3D city model may create visual noise and overload the users with information. Objects are subject to perspective foreshortening and may be occluded or not displayed in a meaningful way, as they are too small. In this thesis we present abstraction techniques that automatically process virtual 3D city and landscape models to derive abstracted representations. These have a reduced degree of detail, while essential characteristics are preserved. After introducing definitions for model, scale, and multi-scale representations, we discuss the fundamentals of map generalization as well as techniques for 3D generalization. The first presented technique is a cell-based generalization of virtual 3D city models. It creates abstract representations that have a highly reduced level of detail while maintaining essential structures, e.g., the infrastructure network, landmark buildings, and free spaces. The technique automatically partitions the input virtual 3D city model into cells based on the infrastructure network. The single building models contained in each cell are aggregated to abstracted cell blocks. Using weighted infrastructure elements, cell blocks can be computed on different hierarchical levels, storing the hierarchy relation between the cell blocks. Furthermore, we identify initial landmark buildings within a cell by comparing the properties of individual buildings with the aggregated properties of the cell. For each block, the identified landmark building models are subtracted using Boolean operations and integrated in a photo-realistic way. Finally, for the interactive 3D visualization we discuss the creation of the virtual 3D geometry and their appearance styling through colors, labeling, and transparency. We demonstrate the technique with example data sets. Additionally, we discuss applications of generalization lenses and transitions between abstract representations. The second technique is a real-time-rendering technique for geometric enhancement of landmark objects within a virtual 3D city model. Depending on the virtual camera distance, landmark objects are scaled to ensure their visibility within a specific distance interval while deforming their environment. First, in a preprocessing step a landmark hierarchy is computed, this is then used to derive distance intervals for the interactive rendering. At runtime, using the virtual camera distance, a scaling factor is computed and applied to each landmark. The scaling factor is interpolated smoothly at the interval boundaries using cubic Bézier splines. Non-landmark geometry that is near landmark objects is deformed with respect to a limited number of landmarks. We demonstrate the technique by applying it to a highly detailed virtual 3D city model and a generalized 3D city model. In addition we discuss an adaptation of the technique for non-linear projections and mobile devices. The third technique is a real-time rendering technique to create abstract 3D isocontour visualization of virtual 3D terrain models. The virtual 3D terrain model is visualized as a layered or stepped relief. The technique works without preprocessing and, as it is implemented using programmable graphics hardware, can be integrated with minimal changes into common terrain rendering techniques. Consequently, the computation is done in the rendering pipeline for each vertex, primitive, i.e., triangle, and fragment. For each vertex, the height is quantized to the nearest isovalue. For each triangle, the vertex configuration with respect to their isovalues is determined first. Using the configuration, the triangle is then subdivided. The subdivision forms a partial step geometry aligned with the triangle. For each fragment, the surface appearance is determined, e.g., depending on the surface texture, shading, and height-color-mapping. Flexible usage of the technique is demonstrated with applications from focus+context visualization, out-of-core terrain rendering, and information visualization. This thesis presents components for the creation of abstract representations of virtual 3D city and landscape models. Re-using visual language from cartography, the techniques enable users to build on their experience with maps when interpreting these representations. Simultaneously, characteristics of 3D geovirtual environments are taken into account by addressing and discussing, e.g., continuous scale, interaction, and perspective.
Gegenstand der Arbeit sind virtuelle 3D-Stadt- und Landschaftsmodelle, die den städtischen Raum in digitalen Repräsentationen abbilden. Sie werden in vielfältigen Anwendungen und zu unterschiedlichen Zwecken eingesetzt. Dabei ist die Visualisierung ein elementarer Bestandteil dieser Anwendungen. Durch realitätsnahe Darstellung und hohen Detailgrad entstehen jedoch zunehmend fundamentale Probleme für eine verständliche Visualisierung. So führt beispielsweise die hohe Anzahl von detailliert ausmodellierten und texturierten Objekten eines virtuellen 3D-Stadtmodells zu Informationsüberflutung beim Betrachter. In dieser Arbeit werden Abstraktionsverfahren vorgestellt, die diese Probleme behandeln. Ziel der Verfahren ist die automatische Transformation virtueller 3D-Stadt- und Landschaftsmodelle in abstrakte Repräsentationen, die bei reduziertem Detailgrad wichtige Charakteristika erhalten. Nach der Einführung von Grundbegriffen zu Modell, Maßstab und Mehrfachrepräsentationen werden theoretische Grundlagen zur Generalisierung von Karten sowie Verfahren zur 3D-Generalisierung betrachtet. Das erste vorgestellte Verfahren beschreibt die zellbasierte Generalisierung von virtuellen 3DStadtmodellen. Es erzeugt abstrakte Repräsentationen, die drastisch im Detailgrad reduziert sind, erhält dabei jedoch die wichtigsten Strukturen, z.B. das Infrastrukturnetz, Landmarkengebäude und Freiflächen. Dazu wird in einem vollautomatischen Verfahren das Eingabestadtmodell mithilfe des Infrastrukturnetzes in Zellen zerlegt. Pro Zelle wird abstrakte Gebäudegeometrie erzeugt, indem die enthaltenen Einzelgebäude mit ihren Eigenschaften aggregiert werden. Durch Berücksichtigung gewichteter Elemente des Infrastrukturnetzes können Zellblöcke auf verschiedenen Hierarchieebenen berechnet werden. Weiterhin werden Landmarken gesondert berücksichtigt: Anhand statistischer Abweichungen der Eigenschaften der Einzelgebäudes von den aggregierten Eigenschaften der Zelle werden Gebäude gegebenenfalls als initiale Landmarken identifiziert. Schließlich werden die Landmarkengebäude aus den generalisierten Blöcken mit Booleschen Operationen ausgeschnitten und realitätsnah dargestellt. Die Ergebnisse des Verfahrens lassen sich in interaktiver 3D-Darstellung einsetzen. Das Verfahren wird beispielhaft an verschiedenen Datensätzen demonstriert und bezüglich der Erweiterbarkeit diskutiert. Das zweite vorgestellte Verfahren ist ein Echtzeit-Rendering-Verfahren für geometrische Hervorhebung von Landmarken innerhalb eines virtuellen 3D-Stadtmodells: Landmarkenmodelle werden abhängig von der virtuellen Kameradistanz vergrößert, so dass sie innerhalb eines spezifischen Entfernungsintervalls sichtbar bleiben; dabei wird ihre Umgebung deformiert. In einem Vorverarbeitungsschritt wird eine Landmarkenhierarchie bestimmt, aus der die Entfernungsintervalle für die interaktive Darstellung abgeleitet werden. Zur Laufzeit wird anhand der virtuellen Kameraentfernung je Landmarke ein dynamischer Skalierungsfaktor bestimmt, der das Landmarkenmodell auf eine sichtbare Größe skaliert. Dabei wird der Skalierungsfaktor an den Intervallgrenzen durch kubisch interpoliert. Für Nicht-Landmarkengeometrie in der Umgebung wird die Deformation bezüglich einer begrenzten Menge von Landmarken berechnet. Die Eignung des Verfahrens wird beispielhaft anhand verschiedener Datensätze demonstriert und bezüglich der Erweiterbarkeit diskutiert. Das dritte vorgestellte Verfahren ist ein Echtzeit-Rendering-Verfahren, das eine abstrakte 3D-Isokonturen-Darstellung von virtuellen 3D-Geländemodellen erzeugt. Für das Geländemodell wird eine Stufenreliefdarstellung für eine Menge von nutzergewählten Höhenwerten erzeugt. Das Verfahren arbeitet ohne Vorverarbeitung auf Basis programmierbarer Grafikkarten-Hardware. Entsprechend erfolgt die Verarbeitung in der Prozesskette pro Geometrieknoten, pro Dreieck, und pro Bildfragment. Pro Geometrieknoten wird zunächst die Höhe auf den nächstliegenden Isowert quantisiert. Pro Dreieck wird dann die Konfiguration bezüglich der Isowerte der drei Geometrieknoten bestimmt. Anhand der Konfiguration wird eine geometrische Unterteilung vorgenommen, so dass ein Stufenausschnitt entsteht, der dem aktuellen Dreieck entspricht. Pro Bildfragment wird schließlich die finale Erscheinung definiert, z.B. anhand von Oberflächentextur, durch Schattierung und Höheneinfärbung. Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten werden mit verschiedenen Anwendungen demonstriert. Die Arbeit stellt Bausteine für die Erzeugung abstrakter Darstellungen von virtuellen 3D-Stadt und Landschaftsmodellen vor. Durch die Orientierung an kartographischer Bildsprache können die Nutzer auf bestehende Erfahrungen bei der Interpretation zurückgreifen. Dabei werden die charakteristischen Eigenschaften 3D geovirtueller Umgebungen berücksichtigt, indem z.B. kontinuierlicher Maßstab, Interaktion und Perspektive behandelt und diskutiert werden.

Bisher lassen sich Emergenz und Reiz von Spielphänomenen nicht einheitlich erklären. Auf der Grundlage der Theorie sozialer Systeme werden symbolische Generalisierungen als Kernelemente für psychosozialen Strukturaufbau in dieser Studie zum Ausgangspunkt für die Beobachtung der Differenz von Spiel- und Alltagshandlungen. Es wird untersucht, ob sich Spiel als Zustand konvergenter Erwartungshaltungen definieren lässt. Die These behauptet, dass sowohl zeitliche, sachliche als auch soziale Orientierungen im Spiel als begrenzte Dimensionen antizipiert werden und sich damit von allen anderen kommunikativen Handlungen unterscheiden. Nach der Begründung des Themas wird im ersten Teil die Plausibilität der These durch den soziologischen Konstruktivismus nach Luhmann an den Wirkungen von Spiel - Lernen und Emotionen - begründet und mit natur- und geisteswissenschaftlichen Erkenntnissen verglichen. Im empirischen Teil werden die Entwicklungen zu einem innovativen Studiendesign beschrieben und die Ergebnisse dokumentiert. Aus qualitativen Befragungen zur Wahrnehmung von Sinndimensionen wurden Aussagen konstruiert, mit denen sich im Anschluss eine quantitative Untersuchung durchführen ließ. Der Befund der Studie ergibt zum einen, dass eine Differenzierung von Spiel und Nicht-Spiel entlang der Unterscheidung konvergenter und divergenter Erwartungshaltungen möglich ist und diese deshalb als Untersuchungsobjekt genutzt werden können. Zum anderen zeigte sich, dass die Unterscheidungsfähigkeit von Spielern geleistet werden kann, Nichtspieler jedoch eine hochsignifikante Unsicherheit bei der Zuordnung von Erwartungen aus Spiel und Alltag aufweisen. Zusätzlich zur Bestätigung der These kann durch die Studie angenommen werden, dass Spieler ihre Umwelt differenzierter einschätzen können, als Nicht-Spieler.

Several modifications have been suggested to extend binary classifiers to multiclass classification, for instance the One Against All technique, the One Against One technique, or Directed Acyclic Graphs. A recent approach for multiclass classification is the pairwise classification, which relies on two input examples instead of one and predicts whether the two input examples belong to the same class or to different classes. A Support Vector Machine (SVM), which is able to handle pairwise classification tasks, is called pairwise SVM. A common pairwise classification task is face recognition. In this area, a set of images is given for training and another set of images is given for testing. Often, one is interested in the interclass setting. The latter means that any person which is represented by an image in the training set is not represented by any image in the test set. From the mentioned multiclass classification techniques only the pairwise classification technique provides meaningful results in the interclass setting. For a pairwise classifier the order of the two examples should not influence the classification result. A common approach to enforce this symmetry is the use of selected kernels. Relations between such kernels and certain projections are provided. It is shown, that those projections can lead to an information loss. For pairwise SVMs another approach for enforcing symmetry is the symmetrization of the training sets. In other words, if the pair (a,b) of examples is a training pair then (b,a) is a training pair, too. It is proven that both approaches do lead to the same decision function for selected parameters. Empirical tests show that the approach using selected kernels is three to four times faster. For a good interclass generalization of pairwise SVMs training sets with several million training pairs are needed. A technique is presented which further speeds up the training time of pairwise SVMs by a factor of up to 130 and thus enables the learning of training sets with several million pairs. Another element affecting time is the need to select several parameters. Even with the applied speed up techniques a grid search over the set of parameters would be very expensive. Therefore, a model selection technique is introduced that is much less computationally expensive. In machine learning, the training set and the test set are created by using some data generating process. Several pairwise data generating processes are derived from a given non pairwise data generating process. Advantages and disadvantages of the different pairwise data generating processes are evaluated. Pairwise Bayes' Classifiers are introduced and their properties are discussed. It is shown that pairwise Bayes' Classifiers for interclass generalization tasks can differ from pairwise Bayes' Classifiers for interexample generalization tasks. In face recognition the interexample task implies that each person which is represented by an image in the test set is also represented by at least one image in the training set. Moreover, the set of images of the training set and the set of images of the test set are disjoint. Pairwise SVMs are applied to four synthetic and to two real world datasets. One of the real world datasets is the Labeled Faces in the Wild (LFW) database while the other one is provided by Cognitec Systems GmbH. Empirical evidence for the presented model selection heuristic, the discussion about the loss of information and the provided speed up techniques is given by the synthetic databases and it is shown that classifiers of pairwise SVMs lead to a similar quality as pairwise Bayes' classifiers. Additionally, a pairwise classifier is identified for the LFW database which leads to an average equal error rate (EER) of 0.0947 with a standard error of the mean (SEM) of 0.0057. This result is better than the result of the current state of the art classifier, namely the combined probabilistic linear discriminant analysis classifier, which leads to an average EER of 0.0993 and a SEM of 0.0051
Es gibt verschiedene Ansätze, um binäre Klassifikatoren zur Mehrklassenklassifikation zu nutzen, zum Beispiel die One Against All Technik, die One Against One Technik oder Directed Acyclic Graphs. Paarweise Klassifikation ist ein neuerer Ansatz zur Mehrklassenklassifikation. Dieser Ansatz basiert auf der Verwendung von zwei Input Examples anstelle von einem und bestimmt, ob diese beiden Examples zur gleichen Klasse oder zu unterschiedlichen Klassen gehören. Eine Support Vector Machine (SVM), die für paarweise Klassifikationsaufgaben genutzt wird, heißt paarweise SVM. Beispielsweise werden Probleme der Gesichtserkennung als paarweise Klassifikationsaufgabe gestellt. Dazu nutzt man eine Menge von Bildern zum Training und ein andere Menge von Bildern zum Testen. Häufig ist man dabei an der Interclass Generalization interessiert. Das bedeutet, dass jede Person, die auf wenigstens einem Bild der Trainingsmenge dargestellt ist, auf keinem Bild der Testmenge vorkommt. Von allen erwähnten Mehrklassenklassifikationstechniken liefert nur die paarweise Klassifikationstechnik sinnvolle Ergebnisse für die Interclass Generalization. Die Entscheidung eines paarweisen Klassifikators sollte nicht von der Reihenfolge der zwei Input Examples abhängen. Diese Symmetrie wird häufig durch die Verwendung spezieller Kerne gesichert. Es werden Beziehungen zwischen solchen Kernen und bestimmten Projektionen hergeleitet. Zudem wird gezeigt, dass diese Projektionen zu einem Informationsverlust führen können. Für paarweise SVMs ist die Symmetrisierung der Trainingsmengen ein weiter Ansatz zur Sicherung der Symmetrie. Das bedeutet, wenn das Paar (a,b) von Input Examples zur Trainingsmenge gehört, dann muss das Paar (b,a) ebenfalls zur Trainingsmenge gehören. Es wird bewiesen, dass für bestimmte Parameter beide Ansätze zur gleichen Entscheidungsfunktion führen. Empirische Messungen zeigen, dass der Ansatz mittels spezieller Kerne drei bis viermal schneller ist. Um eine gute Interclass Generalization zu erreichen, werden bei paarweisen SVMs Trainingsmengen mit mehreren Millionen Paaren benötigt. Es wird eine Technik eingeführt, die die Trainingszeit von paarweisen SVMs um bis zum 130-fachen beschleunigt und es somit ermöglicht, Trainingsmengen mit mehreren Millionen Paaren zu verwenden. Auch die Auswahl guter Parameter für paarweise SVMs ist im Allgemeinen sehr zeitaufwendig. Selbst mit den beschriebenen Beschleunigungen ist eine Gittersuche in der Menge der Parameter sehr teuer. Daher wird eine Model Selection Technik eingeführt, die deutlich geringeren Aufwand erfordert. Im maschinellen Lernen werden die Trainingsmenge und die Testmenge von einem Datengenerierungsprozess erzeugt. Ausgehend von einem nicht paarweisen Datengenerierungsprozess werden unterschiedliche paarweise Datengenerierungsprozesse abgeleitet und ihre Vor- und Nachteile bewertet. Es werden paarweise Bayes-Klassifikatoren eingeführt und ihre Eigenschaften diskutiert. Es wird gezeigt, dass sich diese Bayes-Klassifikatoren für Interclass Generalization Aufgaben und für Interexample Generalization Aufgaben im Allgemeinen unterscheiden. Bei der Gesichtserkennung bedeutet die Interexample Generalization, dass jede Person, die auf einem Bild der Testmenge dargestellt ist, auch auf mindestens einem Bild der Trainingsmenge vorkommt. Außerdem ist der Durchschnitt der Menge der Bilder der Trainingsmenge mit der Menge der Bilder der Testmenge leer. Paarweise SVMs werden an vier synthetischen und an zwei Real World Datenbanken getestet. Eine der verwendeten Real World Datenbanken ist die Labeled Faces in the Wild (LFW) Datenbank. Die andere wurde von Cognitec Systems GmbH bereitgestellt. Die Annahmen der Model Selection Technik, die Diskussion über den Informationsverlust, sowie die präsentierten Beschleunigungstechniken werden durch empirische Messungen mit den synthetischen Datenbanken belegt. Zudem wird mittels dieser Datenbanken gezeigt, dass Klassifikatoren von paarweisen SVMs zu ähnlich guten Ergebnissen wie paarweise Bayes-Klassifikatoren führen. Für die LFW Datenbank wird ein paarweiser Klassifikator bestimmt, der zu einer durchschnittlichen Equal Error Rate (EER) von 0.0947 und einem Standard Error of The Mean (SEM) von 0.0057 führt. Dieses Ergebnis ist besser als das des aktuellen State of the Art Klassifikators, dem Combined Probabilistic Linear Discriminant Analysis Klassifikator. Dieser führt zu einer durchschnittlichen EER von 0.0993 und einem SEM von 0.0051

Die Themen Internationalisierung, internationale Mobilität und interkulturelles Lernen an Hochschulen, vor allem im Hinblick auf Studierende, haben in den letzten Jahrzehnten stetig an Bedeutung gewonnen. Dabei wurde und wird – oft implizit – davon ausgegangen, dass Studierende im Ausland interkulturell lernen und/oder im Anschluss an einen Auslandsaufenthalt interkulturell kompetenter sind. Und auch seitens der Studierenden ist das Entdecken und Erleben kultureller Unterschiede oft ein ausschlaggebender Faktor bei der Entscheidung für ein Auslandssemester. Dennoch ist fraglich, ob junge Erwachsene, die eine Zeitlang im Ausland leben – quasi automatisch – ‚interkulturell‘ lernen. Doch was soll oder kann ‚interkulturelles Lernen‘ eigentlich bedeuten und wie lässt es sich erforschen? In kritischer Abgrenzung von gängigen pädagogischen und psychologischen Ansätzen interkulturellen Lernens, wird in dieser Arbeit auf eine präskriptive bzw. normative Bestimmung interkulturellen Lernens anhand des Lernziels ‚interkulturelle Kompetenz‘ verzichtet. Hingegen liegt der Fokus auf individuellen Veränderungen seitens der Studierenden, die sich aufgrund ihrer Auseinandersetzung mit kulturellen Differenzen und kulturellen Differenzerfahrungen empirisch rekonstruieren lassen. Die Grundlage dafür bildet eine qualitative Längsschnittstudie. Mittels narrativ-biografischer Interviews wurden 19 Studierende, die ein bis vier Semester unter anderem an einer französischen Universität studierten, zu vier verschiedenen Erhebungszeitpunkten (vor, während, am Ende und etwa 8 Monate nach dem Auslandsaufenthalt) offen zu ihrer Lebensgeschichte sowie zu ihren Erlebnissen und Erfahrungen während des Auslandsstudiums befragt. Mit einem solchen Fokus geht es nicht mehr um das Überprüfen einer vom Wissenschaftler festzulegenden Zielerreichung oder -messung von aus dem Konstrukt ‚interkulturelle Kompetenz‘ abgeleiteten Komponenten, sondern um Fragen wie: Wie wird kulturelle Differenz in autobiografischen Erzählungen sprachlich markiert und inhaltlich konstruiert? Wie wird sie – narrativ, argumentativ und beschreibend – bearbeitet? Welche Funktionen erfüllt die je spezifische Bearbeitung kultureller Differenzerfahrung bzw. die Thematisierung kultureller Differenz? Und wie verändern sich die Bearbeitung kultureller Differenz und deren jeweilige Funktionen über die Befragungszeitpunkte hinweg? Das zentrale Ergebnis dieser Arbeit ist ein Instrumentarium zur Rekonstruktion kultureller Differenzerfahrung(en) und damit zur datenbegründeten Rekonstruktion interkulturellen Lernens auf Basis von autobiografischen Erzählungen. So lässt sich – zumindest teilweise – zeigen, an welchen Orten, mit welchen Interaktionspartnern und im Zusammenhang mit welchen konkreten (wissensbasierten) Praxen die Studierenden kulturelle Differenzerfahrungen machen und wie sich die Bearbeitung kultureller Differenz(erfahrung) über die Befragungszeitpunkte hinweg ggf. verändert. Es werden datenbasiert entwickelte formal-sprachliche sowie inhaltliche Kategorien vorgestellt, mit deren Hilfe sich kulturelle Differenzerfahrung(en) und somit auch interkulturelles Lernen – nicht nur im Hinblick auf das Studieren in Frankreich, sondern durchaus auch darüber hinaus – rekonstruieren lassen, sowie typische und mögliche Umgangsweisen mit kultureller Differenz(erfahrung) aufgezeigt. Die Ergebnisse zeigen einerseits den Nutzen eines lebensgeschichtlichen Zugangs sowie des Panel-Designs, andererseits gewähren sie neue Einsichten in die Erforschung interkulturellen Lernens. Die Arbeit bewegt sich mit ihren Fragestellungen und ihrem theoretisch-methodologisch-methodischen Ansatz an der Schnittstelle von Kulturpsychologie, Austauschforschung, interkultureller Kommunikationsforschung, Pädagogik und Biografieforschung und enthält dezidierte sprachwissenschaftliche Bezüge.

Bei der Entstehung und Aufrechterhaltung von Furcht und Angsterkrankungen stellt, neben der Furchtkonditionierung, die Generalisierung der konditionierten Furcht einen wesentlichen Mechanismus dar. Die der Generalisierung zugrunde liegenden psychologischen und biologischen Prozesse sind jedoch beim Menschen bisher nur wenig untersucht. Ziel dieser Arbeit war, anhand eines neu entwickelten experimentellen Paradigmas den Einfluss eines psychometrisch bestimmbaren angstspezifischen Faktors sowie der mit Furcht und Angst assoziierten Genotypen Stathmin1, COMT Val158Met und BDNF Val66Met auf die Furchtkonditionierung und Generalisierung konditionierter Furcht zu untersuchen und somit mögliche Risikofaktoren für die Entstehung von Angsterkrankungen zu bestimmen. Hierfür wurden N = 126 gesunde Versuchspersonen (n = 69 weiblich; mittleres Alter M = 23.05, SD = 3.82) für die genannten Polymorphismen genotypisiert und zu ängstlichen und affektiven Symptomen befragt. In einer Akquisitionsphase wurden den Probanden zwei neutrale weibliche Gesichter präsentiert (CS), von denen eines mit einem Schrei sowie einem ängstlichen Gesichtsausdruck (UCS) gepaart wurde. Der sich anschließende Generalisierungstest erfolgte anhand von vier Gesichtern, die in der Ähnlichkeit zwischen den beiden CS schrittweise übergingen. Die Furchtreaktion wurde über die Bewertung von Valenz, Arousal und Kontingenzerwartung sowie über die Hautleitfähigkeitsreaktion (SCR) erfasst. Die Analyse der Fragebögen anhand einer Hauptachsenanalyse und anhand von Strukturgleichungsmodellen erbrachte eine zweifaktorielle Lösung, die die Konstrukte Depression und Angst abbildete. Nur der Faktor Angst war mit einer veränderten Furchtkonditionierung und Furchtgeneralisierung assoziiert: Hoch Ängstliche zeigten eine stärkere konditionierte Furchtreaktion (Arousal) und wiesen eine stärkere Generalisierung der Valenzeinschätzung und Kontingenzerwartung auf. Für den Stathmin1 Genotyp ergaben sich geschlechtsspezifische Effekte. Bei den männlichen Versuchspersonen zeigte sich in Folge der Akquisition ein stärkerer Abfall der Valenz für den CS+ in der Gruppe der Stathmin1 T Allelträger, die ebenfalls eine stärkere Generalisierung der Furchtreaktion, abgebildet in allen verbalen Maßen, aufwiesen. Ein gegenteiliger Befund ergab sich für die Gruppe der Frauen, insofern eine mit dem Stathmin1 C Allel assoziierte höhere Generalisierung der Valenz, des Arousals und der Kontingenzerwartung festgestellt werden konnte. Für den COMT Val158Met Genotyp ergaben sich keine Einflüsse auf die Akquisition der konditionierten Furcht. Für Träger des COMT 158Val Allels zeigte sich jedoch eine stärkere Generalisierung der Valenz und der Kontingenzerwartung. Auch für den BDNF Val66Met Genotyp konnte keine Veränderung der Furchtakquisition beobachtet werden. Es ergaben sich jedoch Hinweise auf eine erhöhte Generalisierung der Kontingenzerwartung in der Gruppe der BDNF 66Val Homozygoten. Für keinen der beschriebenen Faktoren konnte ein Einfluss auf die Furchtkonditionierung oder deren Generalisierung anhand der SCR abgebildet werden. Unsere Ergebnisse weisen auf einen psychometrisch erfassbaren Faktor und genetische Einflüsse hin, die über den Prozess einer stärkeren Generalisierung der konditionierten Furcht das Risiko für die Entstehung von Angsterkrankungen erhöhen können. Jedoch sollten die Befunde in größeren Stichproben repliziert werden. Neben der frühzeitigen Identifikation von Risikofaktoren sollten in zukünftigen Studien darüber hinaus wirksame Maßnahmen zur Prävention und Intervention entwickelt werden, um diesem Risiko entgegen zu wirken
Besides fear-conditioning the generalization of conditioned fear plays a central role in the pathogenesis and maintanance of fear and anxiety disorders. However, the basic psychological and biological processes of generalization in humans are rarely investigated. The aim of this work was the development of a new experimental paradigm to investigate the influence of a psychometric anxiety-specific factor, as well as of the genotypes Stathmin1, COMT val158met and BDNF val66met, that are associated with fear and anxiety, on fear-conditioning and fear-generalization, and accordingly to identify potential risk factors for the development of anxiety disorders. A sample of N =126 healthy subjects (n = 69 female; mean age M = 23.05, SD = 3.82) were genotyped for the mentioned polymorphisms and were assessed for anxious and affective symptoms. In an acquisition part two neutral female faces were presented (CS), one of them was paired with a scream and an anxious emotional expression (UCS). For the following generalization test four faces were provided that transformed step-by-step in perceptual similarity between the CS. The fear reaction was assessed by ratings of valence, arousal and contingency expectation as well as by the measurement of skin conductance response (SCR). The evaluation of the questionnaires by means of a factor analysis and by structural equation models provided a two factor solution, representing the constructs depression and anxiety. Variations in fear-conditioning and fear-generalization were solely associated with the anxiety factor: High anxious subjects exhibited a stronger conditioned fear reaction (arousal) and a stronger generalization in measures of valence and UCS-expectancy. Gender specific effects were found for the stathmin1 genotype. Male carrieres of the T allele exhibited a stronger decrease in ratings of CS+ valence as well as a stronger generalization of the fear reaction indicated by all rating measures. The female subgroup showed contrary results with an association of the stathmin1 C allele with higher generalization of valence, arousal and UCS-expectancy. We found no influence of the COMT val158met polymorphism on the acquisition of conditioned fear. However, carriers of the COMT 158val allele exhibited a stronger generalization of valence and UCS-expectancy. No changes in fear acquisition were observed in relation to the BDNF val66met genotype, too. However, we found evidence for a higher generalization of UCS-expectancy in the subgroup of BDNF 66val homozygotes. No influence of the above mentioned factors on fear-conditioning and generalization could be represented by means of SCR measures. Our results point to a psychometric factor and genetic influences associated with an elevated risk to develop anxiety disorders by the process of a stronger generalization of conditioned fear. However, the results need to be replicated in larger samples. Beside an early identification of risk factors, future studies should also develop effective prevention and intervention procedures to counteract this risk

The process of performing cartographic generalization in an automatic way applied on geographic information is of highly interest in the field of cartography, both in academia and industry. Many research e↵orts have been done to implement di↵erent automatic generalization approaches. Being able to answer the research question on automatic generalization, another interesting question opens up: ”Is it possible to retrieve and visualize geographic information in any arbitrary scale?” This is the question in the field of vario-scale geoinformation. Potential research works should answer this question with solutions which provide valid and efficient representation of geoinformation in any on-demand scale. More brilliant solutions will also provide smooth transitions between these on-demand arbitrary scales. Space-Scale-Cube (Meijers and Van Oosterom 2011) is a reactive tree (Van Oosterom 1991) data structure which shows positive potential for achieving smooth automatic vario-scale generalization of area features. The topic of this research work is investigation of adaptation of this approach on an interesting class of geographic information: road networks datasets. Firstly theoretical background will be introduced and discussed and afterwards, implementing the adaptation would be described. This research work includes development of a hierarchical data structure based on road network datasets and the potential use of this data structure in vario-scale geoinformation retrieval and visualization.:Declaration of Authorship i Abstract iii Acknowledgements iv List of Figures vii Abbreviations viii 1 Introduction 1 1.1 Problem Definition 2 1.1.1 Research Questions 2 1.1.2 Objectives 3 1.2 Proposed Solution 3 1.3 Structure of the Thesis 4 1.4 Notes on Terminology 4 2 Cartographic Generalization 6 2.1 Cartographic Generalization: Definitions and Classifications 6 2.2 Generalization Operators 9 2.3 Efforts on Vario-Scale Visualization of Geoinformation 10 2.4 Efforts on Generalization of Road Networks and Similar Other Networks 16 2.4.1 Geometric Generalization of Networks 17 2.4.2 Model Generalization of Networks 18 2.5 Clarification of Interest 20 3 Theory of Road Network SSC 21 3.1 Background of an SSC 21 3.1.1 tGAP 21 3.1.2 Smoothing tGAP 23 3.2 Road Network as a ’Network’ 24 3.2.1 Short Background on Graph Theory 5 3.3 Formation of Road Network SSC 26 3.3.1 Geometry 26 3.3.2 Network Topology 27 3.3.3 Building up tGAP on The Road Network 28 3.3.4 Smoothing of Road Network SSC 31 3.3.4.1 Smoothing Elimination 32 3.3.4.2 Smoothing Simplification 32 3.4 Reading from a road network SSC 34 3.4.1 Discussion on Scale 34 3.4.2 Iterating Over The Forest 35 3.4.3 Planar Slices 35 3.4.4 Non-Planar Slices 36 4 Implementation of Road Network SSC 37 4.1 General Information Regarding The Implementation 37 4.1.1 Programming Language 37 4.1.2 RDBMS 38 4.1.3 Geometry Library 39 4.1.4 Graph Library 39 4.2 Data Structure 40 4.2.1 Node 40 4.2.2 Edge 41 4.2.3 Edge-Node-Relation 41 4.3 Software Architecture 42 4.3.1 More Detail on Building The SSC 42 4.3.1.1 Initial Data Processing 42 4.3.1.2 Network Processing 43 4.3.2 More Detail on Querying The SSC 46 4.3.2.1 Database Query 46 4.3.2.2 Building Geometry 46 4.3.2.3 Interface and Visualization 47 4.4 Results 48 5 Conclusions and Outlook 49 Bibliography 51

Die mapChart GmbH bietet einen Softwaredienst an, der es ermöglicht, auf der Grundlage von teilweise kundenspezifischen Basisgeometrien vektorbasierte Karten zu erstellen. Primäres Ausgabemedium ist dabei die Bildschirmkarte des JAVA-Clients im Webbrowser. PDF-Export und Druck sind ebenso möglich. Bei der Kartenerstellung ist der Anwender nicht an vorgegebene Maßstäbe gebunden, sondern kann frei wählen, welches Gebiet in welcher Größe dargestellt werden soll. Hierdurch ergeben sich komplexe Aufgabenstellungen für die kartografische Generalisierung. Diese Probleme und deren bisherige Lösungen durch das Unternehmen werden im ersten Teil der Arbeit diskutiert, wobei verschiedene wissenschaftliche Arbeiten für spezielle Teilaufgaben der Generalisierung kurz vorgestellt werden. Selektion und Formvereinfachung gelten als die wichtigsten Generalisierungsschritte. Während die Selektion mit den vorhandenen Methoden von Geodatenbanken relativ problemlos realisiert werden kann, stellt die Formvereinfachung ein umfangreiches Problem dar. Das Hauptaugenmerk der Arbeit richtet sich deswegen auf die rechnergestützte Liniengeneralisierung verbunden mit dem Ziel, überflüssige Stützpunkte mit Hilfe von Algorithmen zur Linienvereinfachung einzusparen. Ergebnis sind schnellere Übertragungszeiten der Kartenvektordaten zum Anwender sowie eine Beschleunigung raumbezogener Analysen, wie z. B. Flächenverschneidungen. Des weiteren werden Verbesserungen in der Darstellung angestrebt. Ein geeigneter Algorithmus zeichnet sich durch eine geringe Beanspruchung der Ressourcen Zeit und Speicherbedarf aus. Weiterhin spielt der erreichbare Grad der Verringerung der Stützpunktmenge bei akzeptabler Kartenqualität eine entscheidende Rolle. Nicht zuletzt sind topologische Aspekte und der Implementierungsaufwand zu beachten. Die Arbeit gibt einen umfassenden Überblick über vorhandene Ansätze zur Liniengeneralisierung und leitet aus der Diskussion der Vor- und Nachteile zwei geeignete Algorithmen für die Implementierung mit der Programmiersprache JAVA ab. Die Ergebnisse der Verfahren nach Douglas-Peucker und Visvalingam werden hinsichtlich der Laufzeiten, des Grades der Verringerung der Stützpunktmenge sowie der Qualität der Kartendarstellung verglichen, wobei sich für die Visvalingam-Variante leichte Vorteile ergeben. Eine Parameterkonfiguration für den konkreten Einsatz der Vereinfachungsmethode in das GIS der mapChart GmbH wird vorgeschlagen. Die Vereinfachung von Polygonnetzen stellt eine Erweiterung des Problems der Liniengeneralisierung dar. Hierbei müssen topologische Aspekte beachtet werden, was besonders schwierig ist, wenn die Ausgangsdaten nicht topologisch strukturiert vorliegen. Für diese Aufgabe wurde ein neuer Algorithmus entwickelt und ebenfalls in JAVA implementiert. Die Implementierung dieses Algorithmus und damit erreichbaren Ergebnisse werden anhand von zwei Testdatensätzen vorgestellt, jedoch zeigt sich, dass die wichtige Bedingung der Echtzeitfähigkeit nicht erfüllt wird. Damit ergibt sich, dass der Algorithmus zur Netzvereinfachung nur offline benutzt werden sollte.:1 Einleitung 2 Kartografische Generalisierung 3 Algorithmen zur Liniengeneralisierung 4 Implementierung 5 Ergebnisse 6 Ausblick 7 Zusammenfassung
MapChart GmbH offers a software service, which allows users to create customized, vector-based maps using vendor as well as customer geometric and attributive data. Target delivery media is the on-screen map of the JAVA client within the web browser. PDF export and print are also supported. Map production is not limited to specific scales. The user can choose which area at which scale is shown. This triggers complex tasks for cartographic generalization. Current solutions by the company are discussed and scientific work for selected tasks will be presented shortly. Selection and Simplification are known as the most important steps of generalization. While selection can be managed sufficiently by geo databases, simplification poses considerably problems. The main focus of the thesis is the computational line generalization aiming on reducing the amount of points by simplification. Results are an increased speed of server to client communication and better performance of spatial analysis, such as intersection. Furthermore enhancements for the portrayal of maps are highlighted. An appropriate algorithm minimizes the demands for the resources time and memory. Furthermore the obtainable level of simplification by still producing acceptable map quality plays an important role. Last but not least efforts for the implementation of the algorithm and topology are important. The thesis discusses a broad overview of existing approaches to line simplification. Two appropriate algorithms for the implementation using the programming language JAVA will be proposed. The results of the methods of Visvalingam and Douglas-Peucker will be discussed with regards to performance, level of point reduction and map quality. Recommended parameters for the implementation in the software of MapChart GmbH are derived. The simplification of polygon meshes will be an extension of the line generalization. Topological constraints need to be considered. This task needs a sophisticated approach as the raw data is not stored in a topological structure. For this task a new algorithm was developed. It was also implemented using JAVA. The results of the testing scenario show that the constraint of real-time performance cannot be fulfilled. Hence it is recommended to use the algorithm for the polygon mesh simplification offline only.:1 Einleitung 2 Kartografische Generalisierung 3 Algorithmen zur Liniengeneralisierung 4 Implementierung 5 Ergebnisse 6 Ausblick 7 Zusammenfassung

Several modifications have been suggested to extend binary classifiers to multiclass classification, for instance the One Against All technique, the One Against One technique, or Directed Acyclic Graphs. A recent approach for multiclass classification is the pairwise classification, which relies on two input examples instead of one and predicts whether the two input examples belong to the same class or to different classes. A Support Vector Machine (SVM), which is able to handle pairwise classification tasks, is called pairwise SVM. A common pairwise classification task is face recognition. In this area, a set of images is given for training and another set of images is given for testing. Often, one is interested in the interclass setting. The latter means that any person which is represented by an image in the training set is not represented by any image in the test set. From the mentioned multiclass classification techniques only the pairwise classification technique provides meaningful results in the interclass setting. For a pairwise classifier the order of the two examples should not influence the classification result. A common approach to enforce this symmetry is the use of selected kernels. Relations between such kernels and certain projections are provided. It is shown, that those projections can lead to an information loss. For pairwise SVMs another approach for enforcing symmetry is the symmetrization of the training sets. In other words, if the pair (a,b) of examples is a training pair then (b,a) is a training pair, too. It is proven that both approaches do lead to the same decision function for selected parameters. Empirical tests show that the approach using selected kernels is three to four times faster. For a good interclass generalization of pairwise SVMs training sets with several million training pairs are needed. A technique is presented which further speeds up the training time of pairwise SVMs by a factor of up to 130 and thus enables the learning of training sets with several million pairs. Another element affecting time is the need to select several parameters. Even with the applied speed up techniques a grid search over the set of parameters would be very expensive. Therefore, a model selection technique is introduced that is much less computationally expensive. In machine learning, the training set and the test set are created by using some data generating process. Several pairwise data generating processes are derived from a given non pairwise data generating process. Advantages and disadvantages of the different pairwise data generating processes are evaluated. Pairwise Bayes' Classifiers are introduced and their properties are discussed. It is shown that pairwise Bayes' Classifiers for interclass generalization tasks can differ from pairwise Bayes' Classifiers for interexample generalization tasks. In face recognition the interexample task implies that each person which is represented by an image in the test set is also represented by at least one image in the training set. Moreover, the set of images of the training set and the set of images of the test set are disjoint. Pairwise SVMs are applied to four synthetic and to two real world datasets. One of the real world datasets is the Labeled Faces in the Wild (LFW) database while the other one is provided by Cognitec Systems GmbH. Empirical evidence for the presented model selection heuristic, the discussion about the loss of information and the provided speed up techniques is given by the synthetic databases and it is shown that classifiers of pairwise SVMs lead to a similar quality as pairwise Bayes' classifiers. Additionally, a pairwise classifier is identified for the LFW database which leads to an average equal error rate (EER) of 0.0947 with a standard error of the mean (SEM) of 0.0057. This result is better than the result of the current state of the art classifier, namely the combined probabilistic linear discriminant analysis classifier, which leads to an average EER of 0.0993 and a SEM of 0.0051.
Es gibt verschiedene Ansätze, um binäre Klassifikatoren zur Mehrklassenklassifikation zu nutzen, zum Beispiel die One Against All Technik, die One Against One Technik oder Directed Acyclic Graphs. Paarweise Klassifikation ist ein neuerer Ansatz zur Mehrklassenklassifikation. Dieser Ansatz basiert auf der Verwendung von zwei Input Examples anstelle von einem und bestimmt, ob diese beiden Examples zur gleichen Klasse oder zu unterschiedlichen Klassen gehören. Eine Support Vector Machine (SVM), die für paarweise Klassifikationsaufgaben genutzt wird, heißt paarweise SVM. Beispielsweise werden Probleme der Gesichtserkennung als paarweise Klassifikationsaufgabe gestellt. Dazu nutzt man eine Menge von Bildern zum Training und ein andere Menge von Bildern zum Testen. Häufig ist man dabei an der Interclass Generalization interessiert. Das bedeutet, dass jede Person, die auf wenigstens einem Bild der Trainingsmenge dargestellt ist, auf keinem Bild der Testmenge vorkommt. Von allen erwähnten Mehrklassenklassifikationstechniken liefert nur die paarweise Klassifikationstechnik sinnvolle Ergebnisse für die Interclass Generalization. Die Entscheidung eines paarweisen Klassifikators sollte nicht von der Reihenfolge der zwei Input Examples abhängen. Diese Symmetrie wird häufig durch die Verwendung spezieller Kerne gesichert. Es werden Beziehungen zwischen solchen Kernen und bestimmten Projektionen hergeleitet. Zudem wird gezeigt, dass diese Projektionen zu einem Informationsverlust führen können. Für paarweise SVMs ist die Symmetrisierung der Trainingsmengen ein weiter Ansatz zur Sicherung der Symmetrie. Das bedeutet, wenn das Paar (a,b) von Input Examples zur Trainingsmenge gehört, dann muss das Paar (b,a) ebenfalls zur Trainingsmenge gehören. Es wird bewiesen, dass für bestimmte Parameter beide Ansätze zur gleichen Entscheidungsfunktion führen. Empirische Messungen zeigen, dass der Ansatz mittels spezieller Kerne drei bis viermal schneller ist. Um eine gute Interclass Generalization zu erreichen, werden bei paarweisen SVMs Trainingsmengen mit mehreren Millionen Paaren benötigt. Es wird eine Technik eingeführt, die die Trainingszeit von paarweisen SVMs um bis zum 130-fachen beschleunigt und es somit ermöglicht, Trainingsmengen mit mehreren Millionen Paaren zu verwenden. Auch die Auswahl guter Parameter für paarweise SVMs ist im Allgemeinen sehr zeitaufwendig. Selbst mit den beschriebenen Beschleunigungen ist eine Gittersuche in der Menge der Parameter sehr teuer. Daher wird eine Model Selection Technik eingeführt, die deutlich geringeren Aufwand erfordert. Im maschinellen Lernen werden die Trainingsmenge und die Testmenge von einem Datengenerierungsprozess erzeugt. Ausgehend von einem nicht paarweisen Datengenerierungsprozess werden unterschiedliche paarweise Datengenerierungsprozesse abgeleitet und ihre Vor- und Nachteile bewertet. Es werden paarweise Bayes-Klassifikatoren eingeführt und ihre Eigenschaften diskutiert. Es wird gezeigt, dass sich diese Bayes-Klassifikatoren für Interclass Generalization Aufgaben und für Interexample Generalization Aufgaben im Allgemeinen unterscheiden. Bei der Gesichtserkennung bedeutet die Interexample Generalization, dass jede Person, die auf einem Bild der Testmenge dargestellt ist, auch auf mindestens einem Bild der Trainingsmenge vorkommt. Außerdem ist der Durchschnitt der Menge der Bilder der Trainingsmenge mit der Menge der Bilder der Testmenge leer. Paarweise SVMs werden an vier synthetischen und an zwei Real World Datenbanken getestet. Eine der verwendeten Real World Datenbanken ist die Labeled Faces in the Wild (LFW) Datenbank. Die andere wurde von Cognitec Systems GmbH bereitgestellt. Die Annahmen der Model Selection Technik, die Diskussion über den Informationsverlust, sowie die präsentierten Beschleunigungstechniken werden durch empirische Messungen mit den synthetischen Datenbanken belegt. Zudem wird mittels dieser Datenbanken gezeigt, dass Klassifikatoren von paarweisen SVMs zu ähnlich guten Ergebnissen wie paarweise Bayes-Klassifikatoren führen. Für die LFW Datenbank wird ein paarweiser Klassifikator bestimmt, der zu einer durchschnittlichen Equal Error Rate (EER) von 0.0947 und einem Standard Error of The Mean (SEM) von 0.0057 führt. Dieses Ergebnis ist besser als das des aktuellen State of the Art Klassifikators, dem Combined Probabilistic Linear Discriminant Analysis Klassifikator. Dieser führt zu einer durchschnittlichen EER von 0.0993 und einem SEM von 0.0051.

Bisher lassen sich Emergenz und Reiz von Spielphänomenen nicht einheitlich erklären. Auf der Grundlage der Theorie sozialer Systeme werden symbolische Generalisierungen als Kernelemente für psychosozialen Strukturaufbau in dieser Studie zum Ausgangspunkt für die Beobachtung der Differenz von Spiel- und Alltagshandlungen. Es wird untersucht, ob sich Spiel als Zustand konvergenter Erwartungshaltungen definieren lässt. Die These behauptet, dass sowohl zeitliche, sachliche als auch soziale Orientierungen im Spiel als begrenzte Dimensionen antizipiert werden und sich damit von allen anderen kommunikativen Handlungen unterscheiden. Nach der Begründung des Themas wird im ersten Teil die Plausibilität der These durch den soziologischen Konstruktivismus nach Luhmann an den Wirkungen von Spiel - Lernen und Emotionen - begründet und mit natur- und geisteswissenschaftlichen Erkenntnissen verglichen. Im empirischen Teil werden die Entwicklungen zu einem innovativen Studiendesign beschrieben und die Ergebnisse dokumentiert. Aus qualitativen Befragungen zur Wahrnehmung von Sinndimensionen wurden Aussagen konstruiert, mit denen sich im Anschluss eine quantitative Untersuchung durchführen ließ. Der Befund der Studie ergibt zum einen, dass eine Differenzierung von Spiel und Nicht-Spiel entlang der Unterscheidung konvergenter und divergenter Erwartungshaltungen möglich ist und diese deshalb als Untersuchungsobjekt genutzt werden können. Zum anderen zeigte sich, dass die Unterscheidungsfähigkeit von Spielern geleistet werden kann, Nichtspieler jedoch eine hochsignifikante Unsicherheit bei der Zuordnung von Erwartungen aus Spiel und Alltag aufweisen. Zusätzlich zur Bestätigung der These kann durch die Studie angenommen werden, dass Spieler ihre Umwelt differenzierter einschätzen können, als Nicht-Spieler.:Inhalt 1. Einleitung 5 1.1 Anmerkungen zur herangezogenen Literatur 17 2. Begründung des Themas / Problemstellung 19 2.1 System-Umwelt-Verhältnisse 20 2.1.1 Psychophysische Entspannung 20 2.1.2 Psychische Stabilisation 22 2.1.3 Soziale Sicherung 24 2.1.4 Übung, Lernen, Kreativität 25 2.1.5 Schlussfolgerungen 27 2.2 Methodische Überlegungen 28 2.2.1 Zur Wahl des theoretischen Schwerpunktes 29 2.2.2 Begründung der quantitativen Studie 33 3. Zur Theorie symbolischer Generalisierungen 36 3.1 Erwartungen im Kontext der Konstitution von Gesellschaft und Individuum 36 3.2 Interdependenz von Individuum und Gesellschaft 38 3.3 Systemtheoretisches Modell 41 3.3.1 Beobachtung 44 3.3.2 Sinn 45 3.2.2.1 Zeitdimension 46 3.3.2.2 Sachdimension 47 3.3.2.3 Sozialdimension 48 3.3.3 Repräsentationen 50 3.3.4 Funktion der Erwartung 51 3.3.5 Erleben und Handeln 55 3.4 Zusammenfassung 57 4. Lernen 59 4.1 Neurobiologische Voraussetzungen für Gedächtnis und Lernprozesse 61 4.1.1 Neuroplastische Mechanismen 61 4.1.1.1 LTP und LTD 62 4.1.1.2 Gliazellen, gap junctions 63 4.1.2 Schaltkreise und Parallelverarbeitung 64 4.1.2.1 Limbisches System 66 4.1.2.2 Assoziativer Cortex 67 4.1.3 Zusammenfassung 69 4.2 Emotionen und Lernen 70 4.3 Lerndisposition 74 4.3.1 Motivation und Erfahrung 74 4.3.2 Lernen und Zeit 76 4.3.3 Relationen 77 4.4 Lerneffekte durch Spiel 80 4.5 Zusammenfassung 82 4.5.1 Transfer auf Erwartungen 82 5. Emotionen 84 5.1 Bewertung als Funktion der Gefühle 86 5.2 Erwartungsbezogene Konditionierung 89 5.2.1 Hirnorganische Grundlagen 90 5.2.2 Kulturelle Prägung 93 5.3 Zusammenfassung 93 5.3.1 Exkurs: Enttäuschung und Emotion 94 6. Zusammenfassung der theoretischen Ausführungen 96 7. Integration – Spiel als Sonderform von Erwartungshaltung 97 7.1 Wirkung Zeitdimension 98 7.2 Wirkung Sachdimension 99 7.3 Wirkung Sozialdimension 101 7.4 Spiel als Ergebnis einer Beobachtung? 102 7.5 Zusammenfassung: Der Sinn des Spiels 104 8. Thesen 106 9. Empirische Untersuchung 107 9.1 Überlegungen zur Konstruktion der Studie 107 9.2 Einschätzung der Wahrnehmungen von Sinndimensionen- Qualitative Vorstudie 109 9.2.1 Beschreibung der Probanden 110 9.2.2 Durchführung 114 9.2.3 Kategorisierung und Ergebnisse 115 9.2.3.1 Kategorien der Zeitdimension 115 9.2.3.2 Kategorien der Sachdimension 117 9.2.3.3 Kategorien der Sozialdimension 120 9.3 Erläuterungen zur quantitativen Untersuchung 122 9.3.1 Operationalisierung 122 9.3.5 Zur Konstruktion der Untersuchungsaussagen 123 9.3.6 Beschreibung der Indikatoren 126 9.3.6.1 Zeitdimension (Z) = Zunahme – Einschränkung der biografischen Perspektive 126 9.3.6.2 Sachdimension (Y) = Erfolgsaussicht – Versagensrisiko 129 9.3.6.3 Soziadimension (X) = Bestätigung – Ablehnung der Identität 132 9.4 Beurteilung des Messinstruments 135 9.5 Pre-Test und Konsequenzen 137 9.5.1 Zur Unterscheidung von Experimental- und Vergleichsgruppe 139 9.5.2 Vergleich der Einstellung von Spielern und Nichtspielern 140 9.5.3 Gestaltung des Fragebogens 141 9.6 Durchführung 142 10. Auswertung 146 10.1 Ergebnisse 148 10.1.1 Kompletter Datensatz 149 10.1.2. Ergebnisse der Indikatoren und Variablen 152 10.1.2.1 Zeitdimension 152 10.1.2.2 Sachdimension 153 10.1.2.3 Sozialdimension 154 10.1.2.4 Expansive Orientierung 155 10.1.2.5 Restriktive Orientierung 155 10.1.2.6 Subdimensionales Kontrollverhalten 156 10.1.2.7 Altersgruppen 157 10.1.3 Auswertung der Einzelindikatoren 159 10.1.3.1 Zeitdimension 159 10.1.3.2 Sachdimension 161 10.1.3.3 Sozialdimension 163 10.3 Diskussion 166 10.3.1 Interpretation der Einzelergebnisse 166 10.3.2 Befund zur Signifikanz 168 10.2.3 Schlussfolgerungen 169 10.3 Reflexion 172 10.3.1 Ausblick für anschließende Forschung 174 Quellenverzeichnis 177 Anhang 183

Die Themen Internationalisierung, internationale Mobilität und interkulturelles Lernen an Hochschulen, vor allem im Hinblick auf Studierende, haben in den letzten Jahrzehnten stetig an Bedeutung gewonnen. Dabei wurde und wird – oft implizit – davon ausgegangen, dass Studierende im Ausland interkulturell lernen und/oder im Anschluss an einen Auslandsaufenthalt interkulturell kompetenter sind. Und auch seitens der Studierenden ist das Entdecken und Erleben kultureller Unterschiede oft ein ausschlaggebender Faktor bei der Entscheidung für ein Auslandssemester. Dennoch ist fraglich, ob junge Erwachsene, die eine Zeitlang im Ausland leben – quasi automatisch – ‚interkulturell‘ lernen. Doch was soll oder kann ‚interkulturelles Lernen‘ eigentlich bedeuten und wie lässt es sich erforschen? In kritischer Abgrenzung von gängigen pädagogischen und psychologischen Ansätzen interkulturellen Lernens, wird in dieser Arbeit auf eine präskriptive bzw. normative Bestimmung interkulturellen Lernens anhand des Lernziels ‚interkulturelle Kompetenz‘ verzichtet. Hingegen liegt der Fokus auf individuellen Veränderungen seitens der Studierenden, die sich aufgrund ihrer Auseinandersetzung mit kulturellen Differenzen und kulturellen Differenzerfahrungen empirisch rekonstruieren lassen. Die Grundlage dafür bildet eine qualitative Längsschnittstudie. Mittels narrativ-biografischer Interviews wurden 19 Studierende, die ein bis vier Semester unter anderem an einer französischen Universität studierten, zu vier verschiedenen Erhebungszeitpunkten (vor, während, am Ende und etwa 8 Monate nach dem Auslandsaufenthalt) offen zu ihrer Lebensgeschichte sowie zu ihren Erlebnissen und Erfahrungen während des Auslandsstudiums befragt. Mit einem solchen Fokus geht es nicht mehr um das Überprüfen einer vom Wissenschaftler festzulegenden Zielerreichung oder -messung von aus dem Konstrukt ‚interkulturelle Kompetenz‘ abgeleiteten Komponenten, sondern um Fragen wie: Wie wird kulturelle Differenz in autobiografischen Erzählungen sprachlich markiert und inhaltlich konstruiert? Wie wird sie – narrativ, argumentativ und beschreibend – bearbeitet? Welche Funktionen erfüllt die je spezifische Bearbeitung kultureller Differenzerfahrung bzw. die Thematisierung kultureller Differenz? Und wie verändern sich die Bearbeitung kultureller Differenz und deren jeweilige Funktionen über die Befragungszeitpunkte hinweg? Das zentrale Ergebnis dieser Arbeit ist ein Instrumentarium zur Rekonstruktion kultureller Differenzerfahrung(en) und damit zur datenbegründeten Rekonstruktion interkulturellen Lernens auf Basis von autobiografischen Erzählungen. So lässt sich – zumindest teilweise – zeigen, an welchen Orten, mit welchen Interaktionspartnern und im Zusammenhang mit welchen konkreten (wissensbasierten) Praxen die Studierenden kulturelle Differenzerfahrungen machen und wie sich die Bearbeitung kultureller Differenz(erfahrung) über die Befragungszeitpunkte hinweg ggf. verändert. Es werden datenbasiert entwickelte formal-sprachliche sowie inhaltliche Kategorien vorgestellt, mit deren Hilfe sich kulturelle Differenzerfahrung(en) und somit auch interkulturelles Lernen – nicht nur im Hinblick auf das Studieren in Frankreich, sondern durchaus auch darüber hinaus – rekonstruieren lassen, sowie typische und mögliche Umgangsweisen mit kultureller Differenz(erfahrung) aufgezeigt. Die Ergebnisse zeigen einerseits den Nutzen eines lebensgeschichtlichen Zugangs sowie des Panel-Designs, andererseits gewähren sie neue Einsichten in die Erforschung interkulturellen Lernens. Die Arbeit bewegt sich mit ihren Fragestellungen und ihrem theoretisch-methodologisch-methodischen Ansatz an der Schnittstelle von Kulturpsychologie, Austauschforschung, interkultureller Kommunikationsforschung, Pädagogik und Biografieforschung und enthält dezidierte sprachwissenschaftliche Bezüge.