Bachelor- und Masterarbeiten

Themen

Viele Aufgabenstellungen beschäftigen sich mit der Implementierung verschiedener Komponenten in eines der Websysteme, die am Fachgebiet betrieben werden, oder mit der Analyse der in solchen Systemen vorhandenen Daten. Darüber hinaus werden weitere Themen angeboten, die in der Regel einen inhaltlichen Bezug zu aktuellen Forschungsprojekten des Fachgebiets Wissensverarbeitung haben.

Die Themenstellung erfolgt in Absprache mit den Studierenden; die Ausrichtung und der Umfang der Arbeit richten sich nach dem jeweils angestrebten Anschluss. Prinzipiell liegt der Schwerpunkt bei Abschlussarbeiten auf der Methodik, während er bei Projektarbeiten auf der technischen Umsetzung liegt.

Zu folgenden Themengebieten können wir Arbeiten anbieten; zu konkreten Themen können die jeweiligen Betreuer*innen genauere Auskunft geben:

Knowledge Extraction from OpenStreetMap

Bei OpenStreetMap (OSM) handelt es sich um ein freies Projekt, dessen Ziel es ist, frei nutzbare Geodaten zu sammeln, zu strukturieren und für die Nutzung durch jedermann mittels einer (semantischen) Datenbank zur Verfügung zu stellen. Die Daten in OSM werden insbesondere durch eine Vielzahl von Tags [1] angereichert. Diese Tags können wiederum genutzt werden, um Orte oder Gebiete zu bechreiben. Im Projekt soll daher versucht werden, für gegebene Orte automatisch eine Beschreibung mittels Tags zu generieren. Für das Projekt soll eine Demonstrationsapplikation entwickelt werden, in Clojure oder Python3, welche es erlaubt, gegebene Orte automatisch anhand ihrer Beschreibung aus OSM zu vergleichen. Im Rahmen einer Abschlussarbeit kann darauf aufbauend ein ontologisches Rahmenwerk für diese Art von Ortsvergleichen angefangen werden.
[1] https://wiki.openstreetmap.org/wiki/Tags

Informationen: Tom Hanika

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

Causal AI — Implementing Causal Closure Operators

Eine große Herausforderung in der KI-Forschung ist es, kausale Zusammenhänge aus gelernten Modellen zu extrahieren. Die Formale Begriffsanalyse bietet dafür eine umfangreiche Palette an Werkzeugen, insbesondere die menschlich-nachvollziehbare Extraktion von Hüllenoperatoren und Hüllensystemen aus Daten. Ein interessanter Ansatz, dies für Kausale-KI zu nutzen, sind kausale Hüllenoperatoren, welche in diesem Projekt oder dieser Arbeit untersucht werden sollen. Dabei liegt für das Projekt der Schwerpunkt in einer effizienten Implementierung eines `Causal Closure Operators` aus der Literatur in Clojure oder Python3. Bei einer Abschlussarbeit liegt der Fokus auf einem Vergleich dieses Operators mit statistischen Ansätzen zu Kausalität in Daten.

Informationen: Tom Hanika

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

Analyse von WikiCite

Das WikiCite-Projekt [1] versucht, basierend auf der Infrastruktur von WikiData [2], (wissenschaftliche) Publikationen und deren jeweilige Zitationen abzubilden. Bis dato hat das Projekt 40 Mio. Publikationen und ca. 300 Mio Zitationen verlinkt. Ziel dieses Bachelor-/Master-Projektes bzw. einer möglichen Abschlussarbeit ist es, diese Daten hinsichtlich sozialer Netzwerkstrukturen zu analysieren.

[1] http://wikicite.org/

[2] https://www.wikidata.org/

Informationen: Tom Hanika

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

Intrinsic Triangulation of Loss Landscapes

Recent work investigating geometry and topology of loss landscapes of neural networks revealed interesting properties regarding connectivity of clusters of local minima [1], [2]. In this work you will try to apply advances in computation intrinsic triangulation for 3d rendering [3] towards those surfaces (or reasonable hyperplane projections). One possible motivation for this is the change for an ability to construct geodesic paths on the constructed approximation.
Majority (if not all) of the programming will be done in python.

Inquiries: Tobias Hille

Kategorien: Allgemein, Masterarbeit, Methodischer Schwerpunkt, Technischer Schwerpunkt

Extracting Hypergraphs from Traffic Networks

Hypergraph datasets are well known from the context of author-paper networks and knowledge graphs. But also in other fields, such as traffic networks, hypergraphs can be found. In this work, you should search for existing ‘raw’ datasets from this domain or/and create simple scripts to collect data from public web endpoints. A second part will deal with characterizing different ways of interpreting and formatting the data as hypergraphs (depending on the available features).
Majority (if not all) of the programming will be done in python.

Inquiries: Tobias Hille

Kategorien: Allgemein, Bachelorarbeit, Technischer Schwerpunkt

Core Numbers in Bipartite Networks

Core numbers are efficient valuations for nodes in networks. They are a measure to describe the structural integration of nodes. In this work, you should characterize and study core numbers for bipartite graphs.

Informationen: Johannes Hirth

Kategorien: Allgemein, Bachelorarbeit, Masterarbeit

Intrinsische Dimension und Knoteneinbettungen

In dieser Arbeit soll untersucht werden, wie hoch die intrinsische Dimension von Datensätzen ist, welche mit verschiedenen Knoteneinbettungsverfahren aus Graphen erstellt wurden.

Informationen: Maximilian Stubbemann

Kategorien: Allgemein, Bachelorarbeit, Masterarbeit, Methodischer Schwerpunkt

Stabilität der intrinsischen Dimension

Es gibt mehrere Maße, um die intrinsische Dimension von Datensätzen abzuschätzen. In dieser Arbeit soll untersucht werden, inwieweit diese Maße stabil gegenüber “kleinen” Manipulationen/Fehler in den Datensätzen sind.

Informationen: Maximilian Stubbemann

Kategorien: Bachelorarbeit, Masterarbeit

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

Evaluierung von Graphzeichnungen

Ziel dieser Arbeit ist es, zu evaluieren, welche “weichen” Kriterien für Graphzeichnungen in der Praxis wie stark mit als “schön” wahrgenommenen Zeichnungen korellieren. Außerdem soll untersucht werden, inwieweit die “wichtigen” Kriterien sich beim Zeichnen von Graphen und Ordnungsdiagrammen unterscheiden.

Informationen: Maximilian Stubbemann

Kategorien: Allgemein, Masterarbeit, 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

Concept Neural Networks

Bei der Klassifikation in Graphen ist es üblich, mittels Graph Neuronalen Netzen (GNNs) die Struktur des Graphen zu nutzen, um die Klassifikation von Knoten zu verbessern. Ziel dieser Arbeit ist es, diesen Ansatz auf die Formale Begriffsanalyse zu übertragen, indem die “Faltungsoperation” anhand von Konzepten durchgeführt wird. Vergleichen Sie dieses Verfahren mit anderen Verfahren, die neuronale Netze basierend auf Begriffsverbänden nutzen!

Informationen: Maximilian Stubbemann

Kategorien: Bachelorarbeit, Masterarbeit

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 Nutzer:innen schwer nachvollzieh- und überprüfbar. Es gibt verschiedene numerische / kategorische/ statistische Ansätze, um diesem 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

FCA RuleMining mittels GPU

Die Berechnung von Implikationsbasen in Formalen Kontexten (binären Datentabellen) basiert auf einem co-NP schweren Problem. Um dennoch Wissen in Form von Implikationen zu extrahieren, wurden verschiedene Maße für `interessante` Regeln und deren Berechnung gefunden. Da auch deren Berechnung bei wachsenden Datensätzen einer kombinatorischen Explosion gegenübersteht, ist eine hohe Parallelisierung mittels GPU-Hardware notwendig. In `GPU-Accelerated Parameter Optimization for Classification Rule Learning` schlagen die Autoren eine Variante von “beam-search” auf GPUs vor, die in dem vorliegenden Projekt untersucht, implementiert und auf Formale Kontexte angewendet werden soll.

Informationen: Tom Hanika

Kategorien: Allgemein, Bachelorarbeit, 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 ihre Merkmalsmenge einzuschränken.

Informationen: Maren Koyda

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

Generator für zufällige bipartite Graphen

In diesem Projekt sollen verschiedene Ansätze für die zufällige Erzeugung bipartiter Graphen praktisch untersucht werden. Dabei soll insbesondere versucht werden, realweltliche Daten zu simulieren. Die Algorithmen sollen in Python3 oder Clojure implementiert werden.

Informationen: Tom Hanika

Kategorien: Allgemein, Bachelorarbeit, Methodischer Schwerpunkt, Technischer Schwerpunkt

Sprechen Sie uns gern zu weiteren Themen an. Informationen zu den einzelnen Themen geben Ihnen gerne vorab die Betreuer*innen.

Aufgabenstellung und Termin

Nach Absprache mit der/dem jeweiligen Betreuer*in.

Vorkenntnisse

Informatik Grundstudium bzw. 30 absolvierte Credits des Masterstudiums

Angesprochener Hörer*innenkreis

Informatik Bachelor und Master, Math. NF Inf. Hauptstudium

Umfang

9 Wochen für Bachelor und 6 Monate für Master

Leistungsnachweis

In der Regel Implementierung, schriftliche Ausarbeitung, Vortrag und ein Poster

Veranstalter

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