School of Computation, Information and Technology
Hier findest du die Arbeiten, die unter der School of Computation, Information and Technology seit 2022 verfasst wurden. Diese sind nach den einzelnen Lehrstühlen geordnet.
Die School of Computation, Information and Technology besteht aus den Departments Informatik, Mathematik und Elektrotechnik.
Chair for Software Engineering for Business Information Systems
Towards a Web Application to Detect and Analyze Wash Trading in NFT Collections on the Solana Blockchain (2023)
– Sebastian Jung, OvTG
Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik und Geschäftsprozessmanagement
Cyber-Physical Chess Arcade (2023)
Forschungsgruppe für angewandte Softwaretechnik
Automatic Correction of Programming Exercises with Artemis & GitLab CI (2023)
Artemis is a Learning Management System (LMS) that facilitates programming exercises using a Version Control System (VCS) and a Continuous Integration System (CIS). Since some VCSs include a Continuous Integration (CI) application, it is possible to reduce the effort required to maintain the servers and migrate the CIS from external applications to the integrated system.
In the existing implementation, programming exercises rely on a configuration stored in the CIS as part of build plans. These configurations are duplicated for every student participation, making it hard to update the configuration throughout the exercise lifecycle.
GitLab CI is the CIS provided by the GitLab VCS. This system supports provisioning build plans via the Artemis Application Programming Interface (API), which makes it possible to update the build plan retrospectively, as the build plan is fetched from the API on each run.
In this thesis, we show how Artemis can be extended to support an VCS with an in-built CIS. We analyze the underlying problem, formalize the requirements, and model the adapted system design. We implement the changes as part of the open-source Artemis system. We generalize the existing Jenkins Server Notification Plugin for usage with different CISs to notify Artemis. Artemis is now capable of conducting Java programming exercises with a single dependency on GitLab.
Artificial Intelligence in Healthcare and Medicine
A Multifaceted Analysis of the Correlation between Conventional Static and Ultra-High-Field Dynamic MRI Reconstruction (2022)
Deep Learning has received much attention in the past few decades and is recognized as being one of the most important methodologies for potential breakthroughs in the medical field. This work is a preliminary attempt to introduce a multifaceted view on static and dynamic learned MRI reconstruction. First, we investigate the problem of domain shift in the context of state-of-the-art Magnetic Resonance Imaging (MRI) reconstruction networks with respect to variations in training data. We provide visualization tools and support our findings with statistical analysis for the networks evaluated on the 1.5T/3T fastMRI knee and neuro data. We observe that the signal-to-noise ratio of the examined sequences plays an essential role, and we statistically prove the hypothesis that both the type and amount of training data are less important for low acceleration factors. Finally, a visualization tool facilitating the examination of the networks’ performance on each individual subject of the fastMRI data is provided. In the second part of this research paper, we adapt existing methodologies and findings in MRI reconstruction to novel 7T MRI reconstruction of dynamic cardiac processes. Despite the less severe degradation of image quality at high acceleration factors for higher magnetic field strengths, 7T MRIs, especially those with an additional temporal dimension, have rarely been studied directly in the field of learning-based undersampled MRI reconstruction. In this context, we identify the substantial impact certain neural network architectures and configurations have on reconstruction quality. In summary, we conclude that findings on domain shift, reconstruction quality and factors impacting network performance in 1.5T and 3T MRIs can also be translated to other magnetic field strengths, facilitating the transition to ultra-high-field (7T) and low-field MRI.
Lehr- und Forschungseinheit für Nachrichtentechnik
Comparison of Straggler Mitigation Algorithms in Distributed Machine Learning Systems (2022)
We consider a distributed machine learning algorithm in the presence of stragglers. We focus on algorithms running approximate gradient decent. We compare the performance of two algorithms that aim at mitigating stragglers, which are both based on gradient cod-ing, namely ErasureHead and Stochastic Gradient Coding. Even though either approach gives theoretical guarantees for their respective performance, we compare the practical performance in the same environment using the same data and the same loss function. We run the simulations using python programming language on a single machine with parallelized worker threads. We find that ErasureHead is a faster solution for our pur-pose, as it decreases the loss function faster. However, Stochastic Gradient Coding has a smaller margin of error after the same number of iterations, the run time of which is much longer.
– Leopold Thomas, OvTG
Professur für Bioanaloge Informationsverarbeitung
Nachweis der Lautheitsintegration an Nutzern eines Cochlea Implantates bei akustischer Stimulation (2024)
In dieser wissenschaftlichen Arbeit wird das Phänomen der Lautheitsintegration bei Nutzern eines Cochlea-Implantats (CI) untersucht. Bereits vorliegende Untersuchungen zeigen, dass das menschliche Gehör akustische Signale von einer Zeitdauer bis zu 200 ms integriert. Dies hat zur Folge, dass längere Töne als lauter und kürzere Töne (kleiner als 200 ms) als leiser empfunden werden. Hierfür wurden zwölf Normalhörende und sechs CI-Nutzer untersucht. Für die Messungen dieser Studie befinden sich die Testpersonen in einer schallisolierten Kammer, in welcher mithilfe der Methode des Einregelns die Ruhehörschwelle der Testpersonen bei unterschiedlicher Stimulusdauer bestimmt wird. Die Ergebnisse dieser Experimente bestätigen, dass Lautheitsintegration auch bei Nutzern eines Cochlea Implantates auftritt. Der durchschnittliche Unterschied, der Ruhehörschwelle bei einer Zunahme der Tondauer von 10 ms auf 1s, war bei den CI-Nutzern deutlich geringer als der, der normalhörenden Testpersonen. Daher ist die Lautheitsintegration bei CI-Nutzern schwächer ausgeprägt. Dies führt im Alltag dazu, dass kurze Tonimpulse, wie das Klappern von Geschirr, für CI-Nutzer lauter und dadurch als unangenehm wahrgenommen werden können. Schlussendlich stellt sich damit die Frage, ob man diese veränderte Wahrnehmung durch eine Änderung in der Programmierung bzw. Einstellung des Cochlea-Implantates ausgleichen könnte. Dies würde zu einer natürlicheren Lautheitswahrnehmung im Alltag der CI-Nutzer führen.
Hörnervenfasern unter Cochlea-Implantat-Stimulation: Visualisierung von Simulationsdaten (2022)
In vielen Fällen eines Hörverlustes kann ein Cochlea-Implantat helfen, funktionsfähiges Hören wiederherzustellen. Dieses kann Schäden in Außen- und Mittelohr umgehen und regt die Hörnervenfasern direkt durch elektrische Stimulation an. An einer Verbesserung der Funktionalität der Implantate wird dauerhaft geforscht. Dafür sind Computermodelle essenziell, da Experimente am Menschen nicht möglich sind. Ein solches Modell kann die Aktivität der einzelnen Hörnervenfasern bei verschiedenen Elektrodenpositionen und Stimulationsamplituden vorhersagen. Ziel dieser Arbeit war die Visualisierung solcher Datensätze, die durch ein Computermodell der menschlichen Cochlea generiert wurden. Die Daten basieren auf Forschungen von Rattay u. a. 2001 und Bai u. a. 2019 für ein 12-Kanal Cochlea-Implantat. Für die Umsetzung wurde MATLAB R2021a verwendet. Die Ergebnisse sind zwei verschiedene Anwendungen. Die erste Anwendung zeigt einen interaktiven Plot mit 400 rekonstruierten Nervenfasern und einem Slider für 80 verschiedene Stimulationsamplituden in mA. Wenn eine Stimulationsamplitude ausgewählt wurde, werden alle für diesen Wert aktivierten Nervenfasern eingefärbt. Der ausgewählte Wert kann ebenfalls über ein Edit-Field ausgewählt und angezeigt werden. Der zweite Plot hat dieselben Eigenschaften, zeigt jedoch zusätzlich noch die Somata der Nervenfasern an.
Chair of IT Security / Sicherheit in der Informatik
Patching Exposed Variables in the Linux Kernel Core and Drivers (2022)
Evaluating the Capabilities of Modern Fuzzers on CVEs (2022)
Lehrstuhl für Angewandte Geometrie und Diskrete Mathematik
Optimierung eines Mathematik Masterstudienplans mithilfe ganzzahliger linearer Optimierung (2024)
Mathematische Anleihen-ETF-Portfoliooptimierung mittels diverser Risikomodelle und Zielfunktionen (2024)
The College Admission problem with Lower Quotas in the context of the TUM’s Departement of Mathematics (2023)
Wie gestaltet sich die optimale Verteilung von Carsharing-Wagen über eine beschränkte Anzahl an Stationen mit dem Ziel der Reduzierung von Autokäufen am Beispiel von München? (2023)
Erstellung und Implementierung eines ganzzahligen linearen Optimierungsmodells zur Einteilung von Klausuraufsichten (2022)
Lehrstuhl für Mathematische Modellierung biologischer Systeme
Leveraging Curvature to distinguish Graph Structures (2024)
The research explores the potential of leveraging curvature, specifically Ollivier-Ricci curvature, to distinguish chemical molecules treated as graph structures. Traditional methods in graph neural networks (GNNs) have shown promise but need help with challenges, such as the need for abundant labeled data and theoretical expressivity limitations. By incorporating molecular geometry through curvature, the aim is to lay a stable mathematical foundation to characterize molecules, providing improved data for neural networks and ultimately contributing to more efficient drug discovery processes.
The analysis reveals patterns within individual molecules as well as across different molecules. Notably, the analysis of node-to-node curvature exposes analogous intramolecular patterns. Moreover, within the intermolecular context, especially when considering the Zinc Chemistry dataset, the application of manifold embeddings like UMAP showcases the clustering of similar molecular structures. These findings suggest that curvature can be effectively utilized as a feature for distinguishing molecules.
Computer Vision Group
Video Object Segmentation using SIFT and SAM (2024)
We present a method for combining Scale-Invariant Feature Transformation (SIFT) and Segment Anything Model (SAM) for the purpose of Video Object Segmentation (VOS). We combine the high accuracy constituted by SAM with a feature matching algorithm. SAM is limited to segmenting single images, as it has no module for exchanging information between frames. To enable SAM’s usage in a VOS context, we utilize SIFT as a feature matching algorithm, thus transferring positional information from one image to another. Our method is comparatively simple, which might cause problems to arise; however, this enabled us to vary and adapt the method more easily, which is also an advantage for future work. We discuss this pipeline’s capabilities, limitations and potential for improvement. This is also compared to similar me for implementing SAM. We validate our approach in an extensive qualitative study in the context of traffic. Further, we evaluate the real world usecase of 3-dimensional object tracking based on VOS data. Our approach is limited by the capabilities of SIFT; however, they were identical with the limitations of triangulation used in the task of object tracking, as this is also based on SIFT. Overall our approach does not achieve the robustness of similar models; however, its adaptability enables us to improve and specialize our model in future work.