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Forschung

Die Arbeitsgruppe besteht seit April 2012 und verbindet die Forschungsgebiete "Analyse komplexer Netzwerke", "Algorithmische Graphentheorie" und "Computergestützte Kognitionswissenschaften". Aufgrund der naturwissenschaftlich- informatischen Ausbildung von Professor Zweig und der heterogenen Arbeitsgruppe mit Mitgliedern aus der Mathematik, der computergestützten Physik und der Informatik basieren die meisten Forschungsprojekte auf Daten aus einem Anwendungsgebiet, beispielsweise Krebsmedizin, Ökologie, Wirtschaft, Psychologie oder Rechtslehre, um nur ein paar der laufenden Kooperationen zu nennen.
Wir repräsentieren diese Daten als komplexes Netzwerk und extrahieren dann die auffälligsten Muster darin, die Hinweise auf die Funktionsweise des komplexen Untersuchungsgebietes geben ("Analyse komplexer Netzwerke"). Dazu ist oftmals die Entwicklung neuer algorithmischer Methoden notwendig ("Algorithmische Graphentheorie"). Ein ganz besonderer Fokus liegt in der letzten Zeit auf der Entwicklung computergestützter kognitionswissenschaftlicher Analysen mit Hilfe der Analyse komplexer Netzwerke ("Computergestützte Kognitionswissenschaften").
Wir sind immer interessiert an neuen Kooperationen und freuen uns auf Ihre Anfrage.

Analyse komplexer Netzwerke: Ende der 1990er rückten komplexe Netzwerke in den Fokus von statistischen Physikern. Ein komplexes Netzwerk repräsentiert die Interaktionen von Subjekten oder Objekten in einem komplexen System. Ein typisches Beispiel für komplexe Systeme sind soziale Gruppen oder biologische Systeme innerhalb einer Zelle. Ein komplexes Netzwerk bildet meistens nur die Interaktion von einer Sorte von Teilnehmern des komplexen Systems ab, z.B. die Kommunikation zwischen Menschen oder die Interaktionen zwischen Proteinen einer Zelle. Wenn ein komplexes Netzwerk vorliegt, können wir mit Methoden der sozialen und komplexen Netzwerkanalyse darin nach ungewöhnlichen Mustern suchen, zentrale Schaltstellen des Netzwerkes identifizieren oder Gruppen von ähnlichen Subjekten und Objekten ausmachen.
Beispiele für diese Arbeiten sind die Identifikation von zellwachstumsstoppenden microRNAs in einer Brustkrebsart mit besonders hoher Lethalität, die Erkenntnis, dass soziale Netzwerkplattformen wie Facebook selbst über Nichtmitglieder viel wissen und die Frage, wie Menschen sich in hochabstrakten Räumen orientieren.

Algorithmische Graphentheorie: Die Anfragen aus den Fachgebieten führen oft zu neuen Fragestellungen auf dem klassischen Gebiet der Graphentheorie. So haben wir uns beispielsweise mit der Frage beschäftigt, ob maximale Cliquen in Max-Toleranz- Graphen effizient zu identifizieren sind und gezeigt, dass die Erkennung von Max-Toleranzgraphen NP-hard ist. Wir haben uns mit der Visualisierung von Graphen in Streaming-Modellen beschäftigt und arbeiten momentan an einem neuen All-Pairs-Shortest- Path-Algorithmus. Daneben beschäftigen wir uns verstärkt der Analyse von komplexen Zufallsgraphenmodellen und deren Anwendung auf das Data Mining in relationalen Daten.

Computergestützte Kognitionswissenschaften: Ein relativ neuer Fokus der Arbeitsgruppe liegt auf der Frage, wie wir kognitionswissenschaftliche Experimente online durchführen können und wie die Daten dann zu analysieren sind. Die meisten kognitionswissenschaftlichen Experimenten finden unter Laborbedingungen statt, in denen die Versuchsteilnehmer und Versuchsteilnehmerinnen unter standardisierten Bedingungen an einem Experiment teilnehmen. Diese Art des Experimentierens ist zeitaufwändig, da die Labore jeweils nur eine kleine Anzahl von Arbeitsplätzen (meist weniger als 100) enthalten und daher teuer. Viele dieser Experimente laufen allerdings direkt an einem Computer und sind daher prinzipiell auch direkt online durchführbar. Dies hat aber den Nachteil, dass die Bedingungen nicht mehr standardisiert sind und z.B. nur schwierig nachvollzogen werden kann, ob ein Versuchsteilnehmer oder eine Versuchtsteilnehmerin zwischendurch abgelenkt war und daher für eine Aufgabe länger gebraucht hat. Wir untersuchen, unter welchen Bedingungen solche Versuche online ausgeführt werden können. Dabei interessiert uns insbesondere das Problemlöseverhalten von Menschen in komplexen Situationen, das wir testen, indem wir Menschen Spiele wie RushHour spielen lassen.





 
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