Projekt Knowledge Discovery and Data Engineering

Dieses Projekt lässt sich als Bachelor- und als Masterprojekt anrechnen.

Das Fachgebiet Wissensverarbeitung forscht an der Entwicklung von Methoden zur Wissensentdeckung und Wissensrepräsentation (Approximation und Exploration von Wissen, Ordnungsstrukturen in Wissen, Ontologieentwicklung) in Daten als auch in der Analyse von (sozialen) Netzwerkdaten und damit verbundenen Wissensprozessen (Metriken in Netzwerken, Anomalieerkennung, Charakterisierung von sozialen Netzwerken). Dabei liegt ein Schwerpunkt auf der exakten algebraischen Modellierung der verwendeten Strukturen und auf der Evaluierung und Neuentwicklung von Netzwerkmaßen. Neben der Erforschung von Grundlagen in den Gebieten Ordnungs- und Verbandstheorie, Beschreibungslogiken, Graphentheorie und Ontologie werden auch Anwendungen – bspw. in sozialen Medien sowie in der Szientometrie – erforscht.

In diesem Umfeld bietet das Fachgebiet regelmäßig eine Reihe von Projektthemen an. Die einzelnen Themen sind im Folgenden beschrieben:

Community Detection in WikiData zur Datensatzgenerierung

Knowlegde Graphs wie WikiData enthalten sehr viel Wissen, das im Bereich der künstlichen Intelligenz in vielen Anwendungen eingesetzt werden kann. Der Umfang an Informationen ist aber auch ein Problem für viele Anwendungen. Ihre Aufgabe besteht darin, Methoden der Community Detection in sozialen Netzwerken auf die Struktur von WikiData zu übertragen. Des Weiteren sollen Sie untersuchen, wie diese Methoden genutzt werden können, um kleinere Teil-Datensätze aus WikiData zu extrahieren.

Informationen: Johannes Hirth

Kategorien: Allgemein, Bachelorarbeit, Masterarbeit, Methodischer Schwerpunkt, Technischer Schwerpunkt

Logische Repräsentationen für Skalenmaße

Eine Methode der Datenskalierung in der Formalen Begriffsanalyse sind Skalenmaße. Das Skalenmaß-Framework bietet eine kanonische Repräsentation für jede mögliche Skalierung. Diese Repräsentation ist aber nicht gut im Sinne der Interpretierbarkeit der Attribute. Um dieses Problem zu lösen, gibt es eine Interpretation der kanonischen Attribute mittels konjunktiv verknüpfter Attribute des Originaldatensatzes. In dieser Arbeit sollen Sie weitere logische Repräsentation erarbeiten und miteinander auf deren Interpretierbarkeit, Ausdrucksstärke und Berechenbarkeit vergleichen.

Informationen: Johannes Hirth

Kategorien: Allgemein, Methodischer Schwerpunkt, Technischer Schwerpunkt

Einbettungsverfahren für Formale Kontexte

Ziel dieses Projektes ist es, Verfahren zur Einbettung von Gegenständen und Objekten in formalen Kontexten zu recherchieren und für conexp-clj zu implementieren.

Informationen: Maximilian Stubbemann

Kategorien: Allgemein, Methodischer Schwerpunkt, Technischer Schwerpunkt

Automatisierte Themenbenennung

Topic Models berechnen i.d.R. Themen, aus denen sich ihre “wichtigsten“ Wörter ableiten lassen. In der Forschung existieren bereits einige Ansätze zur automatisierten Benennung von Themen solcher Wortmengen. In dieser Arbeit sollen verschiedene bestehende sowie mindestens ein eigener Ansatz implementiert und miteinander verglichen werden.

Informationen: Bastian Schäfermeier

Kategorien: Allgemein, Bachelorarbeit, Methodischer Schwerpunkt, Technischer Schwerpunkt

Planar polyline edge-length ratio on a fixed grid

The planar edge-length ratio of a straight-line drawing is defined as the ratio between the length of longest edge and the length of the shortest edge. There has been recent attention to this topic with several publications, for example. The planar polyline edge-length ratio is a generalization of the planar edge-length ratio where edges do not have to be straight-line segments, but can be polylines with a maximum number of bends per edge defined by the input.

The goal of this project is to develop an algorithm in order to minimize the planar polyline edge-length ratio.

Informationen: Dominik Dürrschnabel

Kategorien: Allgemein, Methodischer Schwerpunkt

Thematische Trajektorien mit Dynamischen Topic Models

Am Fachgebiet Wissensverarbeitung wird zur Zeit an thematischen Trajektorien von wissenschaftlichen Konferenzen und Journalen geforscht. In unserer Forschung wurden (statische) Themen durch die sogenannte Nonnegative Matrix Factorization (NMF) extrahiert. In dieser Arbeit sollen dynamische Verfahren, bei denen sich Themen über die Zeit ändern (z.Bsp. D-LDA), auf ihre Tauglichkeit überprüft werden.

Informationen: Bastian Schäfermeier

Kategorien: Allgemein, Bachelorarbeit, Methodischer Schwerpunkt, Technischer Schwerpunkt

Heuristiken für das Sugiyama-Framework

Das Sugiyama Framework ist ein Framework für die automatische Generierung von Zeichnungen von Graphen und Netzwerken. Dabei müssen mehrere NP-schwere Probleme mit Hilfe von Heuristiken gelöst werden.

Das Ziel dieses Projektes ist es, die wichtigsten Heuristiken aufzuarbeiten und diese miteinander, sowie (wo möglich) mit einer exakten Lösung der Probleme zu vergleichen. Dafür soll eine User-Studie durchgeführt werden.

Informationen: Dominik Dürrschnabel

Kategorien: Allgemein, Technischer Schwerpunkt

K-Means und FCA

K-means, oder genauer Lloyds-Algorithmus, ist eine Technik, durch welche Datenpunkte im Euklidischen Raum in eine Anzahl von k-Clustern zerlegt werden können. Durch wiederholtes Ausführen mit unterschiedlichem k entsteht eine Menge von sich teilweise überlappenden Clustern. Durch das Hinzufügen der Schnitte der einzelnen Cluster können diese zu einer Verbandsstruktur erweitert werden. Dieser Verband wiederum hat einen zugehörigen formalen Kontext.

Das Ziel dieses Projektes ist es zu untersuchen, inwiefern diese Cluster mit dem Hüllensystem des formalen Kontextes zusammenhängen.

Informationen: Dominik Dürrschnabel

Kategorien: Allgemein, Bachelorarbeit, Masterarbeit

Invarianten für Formale Kontexte

Es ist nicht einfach zu erkennen, ob zwei (reduzierte) Formale Kontexte isomorph sind, bzw. gegeben eine Menge Formaler Kontexte zu erkennen, wie viele verschiedene Formale Kontexte dort enthalten sind. Ein Hilfsmittel sind Invarianten, also abgeleitete Größen, die nicht von der konkreten Darstellung des Formalen Kontexts abhängen, beispielsweise die Anzahl der Attribute des Kontexts oder auch die Anzahl der Begriffe des Kontexts. Haben zwei Kontexte unterschiedliche Werte für eine Invariante, so sind die Kontexte nicht isomorph. Ziel ist es, Formale Kontexte hinsichtlich möglicher Invarianten zu untersuchen. Formale Kontexte können als bipartite Graphen dargestellt werden, daher sollen insbesondere bekannte Graph-Invarianten in Betracht gezogen werden.

Informationen: Maximilian Felde

Kategorien: Allgemein, Bachelorarbeit, Masterarbeit, Methodischer Schwerpunkt

Begriffliches Skalieren von Datensätzen

Begriffliches Skalieren ist eine Methode der Formalen Begriffsanalyse, um einen mehrwertigen Kontext (d.h. einen tabellarischen Datensatz) in einen (einwertigen) formalen Kontext zu überführen. Dazu wurde am Fachgebiet eine Anwendung entwickelt, die grundlegende Funktionalität zum Begrifflichen Skalieren bereitstellt. Ziel des Projekts ist es, diese Anwendung weiterzuentwickeln. Die Programmiersprache ist Clojurescript.

Informationen: Maximilian Felde

Kategorien: Allgemein, Technischer Schwerpunkt

Ensemble Concept based Classification

Ein Problem der Klassifikation mit Formalen Begriffen ist die potentiell exponentielle Anzahl an Begriffen eines Datensatzes. Eine Strategie zur Verringerung der Anzahl sind Reduktionstechniken für Formale Kontexte. Untersuchen Sie diese hinsichtlich der Klassifikationsperformance ihrer Begriffe. Des Weiteren untersuchen Sie die Performance eines Ensembles aus mehreren reduzierten Kontexten durch unterschiedlichen Reduktionstechniken oder Parameter.

Informationen: Johannes Hirth

Kategorien: Allgemein, Bachelorarbeit, Masterarbeit, Methodischer Schwerpunkt, Technischer Schwerpunkt

Feature Selectors for Concept based Classification

Ein Problem der Klassifikation mit Formalen Begriffen ist die potentiell exponentielle Anzahl an Begriffen eines Datensatzes. Vergleichen Sie verschiedene Maße und Selektionsmethoden aus dem Bereich der Formalen Begriffsanalyse hinsichtlich ihrer Performance als Feature Selector.

Informationen: Johannes Hirth

Kategorien: Allgemein, Bachelorarbeit, Masterarbeit, Methodischer Schwerpunkt

Erklärbarkeit von Klassifikatoren durch Surrogate

Viele der gegenwärtig genutzten Lernmodelle zur Klassifikation erzeugen sogenannte Blackbox-Funktionen/Relationen, z.B. Random Forests oder Neuronale Netze. Diese entziehen sich einer direkten Erklärbarkeit und sind daher für Nuetzer*innen schwer nachvollzieh- und überprüfbar. Es gibt verschiedene numerische / kategorische/ statistische Ansätze um diesen Problem zu begegnen. Ein besonderer Ansatz ist Surrogatlernen, d.h., das Trainieren eines erklärbaren Klassifikators basierend auf einer Blackbox. Je nach Ausrichtung (Projekt/Bachelorarbeit/Masterarbeit) soll versucht werden bestehende Surrogat-Ansätze praktisch zu evaluieren oder theoretische Ansätze fortzusetzen.

Informationen: Tom Hanika

Kategorien: Allgemein, Bachelorarbeit, Masterarbeit, Methodischer Schwerpunkt

Formal Concept Computation with CUDA

Die Berechnung von formalen Begriffen (cf. bi-Cliquen in Graphen) ist ein schweres Problem. Eine Vielzahl von Algorithmen und Techniken wurde entwickelt, darunter „Langdon, W.B., Yoo, S., Harman, M.: Formal Concept Analysis on Graphics Hardware. In: Napoli, A. and Vychodil, V. (eds.) CLA. pp. 413–416. CEUR-WS.org“, welche eine Implementation in CUDA darstellt. Ziel dieser Projektaufgabe ist es den CUDA Ansatz auf die Software https://github.com/tomhanika/conexp-clj zu übertragen und mit verschiedenen Datensätzen zu evaluieren.

Informationen: Tom Hanika

Kategorien: Allgemein, Bachelorarbeit, Technischer Schwerpunkt

Reduktionstechniken in der Formalen Begriffsanalyse

Ein Problem für Algorithmen der Formalen Begriffsanalyse ist die Größe der Daten. In dieser Arbeit sollen verschiedene Techniken zur Größenreduktion oder Kompression zusammengetragen und gegenübergestellt werden. Dabei soll insbesondere auf den Informationsverlust in einem geeigneten Formalismus eingegangen werden.

Informationen: Johannes Hirth

Kategorien: Allgemein, Bachelorarbeit, Methodischer Schwerpunkt, Technischer Schwerpunkt

PCA auf formalen Kontexten

Principal Component Analysis dient dazu Datensätze zu vereinfachen. Hierbei wird eine große Menge an (möglicherweise) korrelierten Variablen in eine möglichst aussagekräftige kleinere Menge transformiert. Dieses Vorgehen soll auf formale Kontexte übertragen werden, um die ihre Merkmalsmenge einzuschränken.

Informationen: Maren Koyda

Kategorien: Allgemein, Bachelorarbeit, Masterarbeit, Methodischer Schwerpunkt, Technischer Schwerpunkt

Weitere Themen auf Nachfrage.

Aufgabenstellung und Termin

Nach Absprache mit der/dem jeweiligen Betreuer*in. Je nach Thema kann die Aufgabe in Kleingruppen oder einzeln bearbeitet werden.

Projektvorbesprechung

Montag, 19.04.2021, 16.15 Uhr in Raum 0445/E im Seminar-Zoom-Meeting: Link. Bei Interesse können Sie auch gerne vorab die/den jeweiligen Betreuer*in ansprechen.

Vorkenntnisse

Informatik Grundstudium

Angesprochener Hörer*innenkreis

Informatik Bachelor und Master, Math. NF Inf. Hauptstudium

Umfang

6 oder 12 Credits im Bachelor, bzw. 8 Credits im Master

Leistungsnachweis

Implementierung, schriftliche Ausarbeitung und zwei Vorträge (bei 6 Credits 20 min, bei 8/12 Credits 30 min, jeweils zzgl. ca 15 min Diskussion)

Veranstalter*in

Prof. Dr. Gerd Stumme, Dr. Tom Hanika, Dominik Dürrschnabel, M.Sc.Maximilian Felde, M.Sc., Johannes Hirth, M.Sc., Maren Koyda, M.Sc.Bastian Schäfermeier, M.Sc., Maximilian Stubbemann, M.Sc. 

Ablauf

In der Regel sollte die Projektarbeit mit Semesterbeginn begonnen werden. Nach 4-6 Wochen findet eine Zwischenpräsentation statt, in der der Stand der Projektarbeit vorgestellt wird. In der Regel in der ersten Vorlesungswoche des folgenden Semesters werden dann die Endergebnisse vorgestellt. Eine kurze Beschreibung der Arbeit (5 Seiten) ist 3 Tage vor dem Vortrag einzureichen.

Eine Woche nach der Annahme des Themas gibt die/der Studierende eine einseitige Beschreibung der Aufgabe, sowie einen Arbeitsplan für das Semester ab. Zur besseren Koordination und Kommunikation wird erwartet, dass die/der Studierende bei einem 6(8-12) Credits-Projekt regelmäßig an einem (zwei) Tagen in der Softwarewerkstatt anwesend ist. Der genaue Tag ist in Absprache mit der/m Betreuer*in festzulegen.

Als Richtlinie für die Erstellung einer guten Ausarbeitung wird das Buch

Markus Deininger and Horst Lichter and Jochen Ludewig and Kurt Schneider. Studien-Arbeiten: ein Leitfaden zur Vorbereitung, Durchführung und Betreuung von Studien-, Diplom- Abschluss- und Doktorarbeiten am Beispiel Informatik. 5. Auflage. vdf Hochschulverlag, Zürich, 2005.

empfohlen, welches in der Bibliothek im Semesterapparat des Fachgebiets Wissensverarbeitung ausliegt, und welches auch in einigen Exemplaren ausleihbar ist. Wir empfehlen die Anschaffung dieses Buchs (9,50 €), da es Sie bis zur Masterarbeit (und weiter) begleiten kann.

Alle verwendeten Referenzen sind zusätzlich zum Literaturverzeichnis der Ausarbeitung in BibSonomy einzugeben, mit den Tags „projekt kde < laufendes Semester in der Form ss21 bzw. ww21 > “ und weiteren sinnvollen Tags.