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Auch in diesem Berichtszeitraum bildete die Kombinatorische Optimierung und ihre Anwendungen einen Schwerpunkt unserer Arbeit. Langjährige Projekte im Bereich der Flugplanerstellung für Luftverkehrsgesellschaften wurden kontinuierlich weiter verfolgt. Zusätzlich lieferte eine Studie zur rechnergestützten Fahrereinsatzplanung im ÖPNV gute Ergebnisse.
Im Bereich der Tourenplanung wurden neue Verfahren zur Lösung von Routingproblemen mit Umlademöglichkeit entwickelt und erfolgreich eingesetzt. Bei der Lösung des kapazitierten Routingproblems gelang ein Weltrekord, indem erstmals zwei schwierige Benchmark-Probleme in angemessener Zeit exakt gelöst wurden.
Außerhalb von Projekten runden im Bereich der kombinatorischen Optimierung Arbeiten an Färbungsproblemen und Testmengen die theoretische Forschung ab.
Die Arbeiten aus dem Bereich der Verkehrssimulation waren geprägt durch interdisziplinäre Kooperationen, in denen die vorhandenen Modelle insbesondere unter Anwendungsaspekten weiterentwickelt wurden. So werden von uns im Rahmen eines Sonderforschungsbereiches Umweltwirkungen des Straßenverkehrs untersucht und quantifiziert. Um ein tieferes Verständnis von Mobilität zu erhalten und mögliche Lenkungsinstrumente zu evaluieren, entwickeln wir in Zusammenarbeit mehrerer Partner ein Simulationswerkzeug, in dem unsere Modelle mit Modellen der Verkehrsnachfrage gekoppelt werden. Im Rahmen des Gigabit Testbed West haben wir untersucht, wie große Straßennetze verteilt simuliert und visualisiert werden können.
In der Bioinformatik wurde die erfolgreiche Zusammenarbeit -- u.a. mit dem Institut für Biochemie an der Universität Köln im Bereich der Erkennung von entfernt homologen Proteinsequenzen und dem Los Alamos National Laboratory bei der Entwicklung effizienter Verfahren zur Erstellung physikalischer Kartierungen -- ausgebaut und eine stärkere Vernetzung der Aktivitäten erreicht. Gemeinsam mit dem Institut für Genetik wurde ein Algorithmus zum Design sogenannter DNA-Chips entwickelt. Dieser erlaubt es, auch bei Anwendungen mit einer großen Anzahl an Zielsequenzen bzw. -organismen, hochspezifische Proben effizient zu berechnen. Weiterhin wurde ein neues Verfahren zur statistischen Modellierung mit Hidden-Markov-Modellen (HMM) entwickelt. Statt der bisher zur Analyse biologischer Sequenzen eingesetzten sogenannten Profile-HMM können mit diesem statistisch robusten Werkzeug allgemeine HMM als Black-Box-Modelle Verwendung finden.
Seit der Konferenz 1992 in Rio de Janeiro, auf dem die erste Klimaschutzrahmenkonvention verabschiedet wurde, sehen es die unterzeichnenden Staaten als gemeinsame Aufgabe an, die Klimaproblematik wissenschaftlich zu untersuchen und den möglichen Umweltveränderungen zu begegnen. Auf der 1. Vertragsstaatenkonferenz 1995 zum Rahmenübereinkommen über Klimaveränderungen in Berlin wurde daraufhin beschlossen, Joint-Implementation Programme in einem verstärkten Maße einzusetzen. Joint-Implementation meint hierbei die gemeinsame Umsetzung von Klimaschutzzielen im Rahmen von Technologiekooperationen. Da bisher nur geringe Projekterfahrung mit Joint-Implementation vorliegt, ist man auf eine Simulation von verschiedenen Handlungsszenarien angewiesen. Um eine solche Analyse auf komfortable Weise zu ermöglichen, wurde das TEM-Modell (Technologie-Emissionen-Mittel-Modell) entwickelt und analytisch untersucht. Die Optimierung von Investitionsausgaben mithilfe des TEM-Modells trägt auf diese Weise zu einem Umweltmanagement bei, in dessen Zentrum die Erfüllung des Kyoto-Protokolls steht.
Das ZAIK ist in mehreren Projekten an der Gestaltung und Weiterentwicklung von multimedialen Lehr- und Lerneinheiten beteiligt. Im Rahmen des europäischen Projektes ``Trial-Solution'' wird die sogenannte Slicing-Book-Technologie entwickelt und erprobt, die es ermöglicht, Lehr- und Lernmaterialien individuell zu modularisieren und multimedial aufzubereiten. Zu den ausgewählten Materialien wird die Combinatorial Algorithm Toolbox (CATBox), die 2001 im Springer Verlag erscheinen wird, zählen. Bei ihr handelt es sich um einen interaktiven Kurs in diskreter Mathematik, der am ZAIK entwickelt wurde. CATBox basiert auf der Graphenvisualisierungssoftware Gato (Graph Animation Toolbox). Im Mittelpunkt des NIKOS-Projektes, das gemeinsam mit dem Seminar für Politikwissenschaft durchgeführt wurde, stand die Entwicklung eines virtuellen ONLINE-Seminars für Studierende aus dem beteiligten Fachgebiet. Die computergestützte interaktive Simulation von politischen Handlungszusammenhängen in einem virtuellen Entscheidungsraum konnte insbesondere das selbstorganisierte Lernen von komplexen Entscheidungsprozessen besonders fördern.
Innerhalb der langjährigen Zusammenarbeit zwischen dem ZAIK und den
Landesbausparkassen wurde ein deterministisches Modell zur Simulation von
Bausparkollektiven entwickelt, welches auf der Clusteranalyse realer
Bausparverträge basiert. Im Laufe der
letzten Jahre wurde dieses Modell im Hinblick auf seinen praktischen
Einsatz für die Landesbausparkassen stetig verfeinert und
verbessert mit dem Ziel, eine flexiblere und effizientere
Handhabung des Modells zu erreichen. Daneben wurde im Rahmen von Promotionen
ein neuer Modellansatz untersucht, bei dem von einer deterministischen hin
zu einer stochastischen Modellierung von Bausparkollektiven mit Hilfe
von Hidden-Markov-Modellen übergegangen wurde.
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