Nervennahrung

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Smart Education

25.11.2022

Zusammen mit den Kollegen Prof. Dr. Jens Liebehenschel, Prof. Dr. Martin Simon und Prof. Dr. Baris Sertkaya wurden wir für das Projekt „Smart Education in der Informatik – Ein Baukasten für stärkere Aktivierung und Differenzierung im schwierigen Modul Algorithmen und Datenstrukturen“ an der Frankfurt University of Applied Sciences für den zweiten Projektpreis der hessischen Landesregierung im Rahmen des Hochschullehrpreises für die besten Lehr- und Lernkonzepte des Landes Hessen 2022 ausgezeichnet. Die damit verbundene Wertschätzung freut und ehrt uns sehr. Die Preisverleihung durch die Wissenschaftsministerin, Frau Angela Dorn, fand am gestrigen Abend im Festsaal des Senckenbergmuseums statt:

Preistraeger

(Bildquelle: © http://wissenschaft.hessen.de)

Preistraeger

(Bildquelle: © http://wissenschaft.hessen.de)

Ich möchte mich an diese Stelle herzlich bei der HS-Leitung und dem Dekanat des Fb 2 sowie bei der Referentin Projekte Studium und Lehre für die gute Unterstützung bedanken. Mein besonderer Dank gilt auch den unzähligen Studenten und Studentinnen, die uns bei der Umsetzung und Weiterentwicklung dieses Konzepts unterstützt haben und weiter unterstützen!

Weitere Informationen finden Sie in der Pressemitteilung unserer Hochschule, in der Mitteilung des Fb2, sowie auf der Webseite der Landesregierung zum Hochschullehrpreis 2022.

Insbesondere auf das Video, das unser Projekt sehr schön visualisiert, verlinke ich gerne.

Promotionsstelle CSI

15.11.2022

Die Forschungsgruppe Channel State Information (CSI) erforscht die Übertragungscharakteristika von Kommunikationskanälen wie sie z. B. bei der W-LAN (IEEE 802.11) Kommunikation benutzt werden. Die feingranularen Daten, die dabei anfallen, ermöglichen vielfältige, praktische Anwendungen u.a.

Lokalisierung, Erkennung von Aktivitäten (Human Activity Recognition), 3D Pose Recognition einschl. Skeletonmodelling. So können u.a. handelsübliche W-LAN Router zur Sturzerkennung im Kontext von Ambient Assisted Living (AAL) oder zur Gestenerkennung eingesetzt werden. In der Forschungsgruppe CSI arbeiten wir interdisziplinär mit dem Mixed Reality Labor und benachbarten Forschungsgruppen wie Internet of Things und Human Activity Recognition aus anderen (Fach-) Bereichen zusammen, um praktische Anwendungen von CSI zu realisieren. Dabei werden neben traditionellen Algorithmen der Signaltheorie vor allem Verfahren des Maschinellen Lernens eingesetzt, u.a. Supervised (Deep) Learning einschl. CNN/LSTM und Transformer Architekturen, s.a. z. B. Schäfer et al und Damodaran et al.

Wir suchen zeitnah für zunächst drei Jahre eine/n

Wissenschaftliche/-r Mitarbeiter/-in (m/w/d) im Forschungsprojekt „CSI“, Promotionsstelle zum Thema „Human Activity Recognition and Channel State Information“, Kennziffer 166/2022

für ein Promotionsvorhaben im Bereich CSI.

Ihr Profil

Neben einem Diplom oder Masterabschluss (oder bald anstehenden Abschluss) in der Informatik oder verwandten Bereichen –Absolventen der E–Technik sind ausdrücklich aufgerufen sich zu bewerben! – besitzen Sie Kenntnisse im Bereich Mathematik (Ingenieurmathematik, Statistik, Numerik) sowie fundierte Erfahrung in mindestens einer einschlägigen Programmiersprache (bspw. C/C++, Python).

Kenntnisse in den Bereichen Machine Learning (PyTorch, Tensorflow usw.) und Kenntnisse der Signaltheorie sind von Vorteil, aber nicht Voraussetzung.

Die Vergütung erfolgt bis zur Entgeltgruppe 13 TV-Hessen.

Weitere Details entnehmen Sie der beigefügten internen Stellenausschreibung (Kennziffer 166/2022).

Die Hochschule tritt für die Erhöhung des Beschäftigungsanteils von Frauen ein und fordert daher nachdrücklich Frauen zur Bewerbung auf. Menschen mit Behinderungen werden im Rahmen der geltenden Bestimmungen bevorzugt berücksichtigt.

Bewerbungen mit den üblichen aussagefähigen Unterlagen (bitte in einer PDF-Datei zusenden) sind bis zum 28.11.2022 unter Angabe der Kenziffer per E-Mail an die Personalabteilung zu richten.

Für Fragen zu dieser Stelle steht ich Ihnen selbstverständlich auch per E-Mail gerne zur Verfügung.

AlphaTensor

20.10.2022

AlphaTensor, ein System basierend auf AlphaZero, hat effizientere Algorithmen zur Matrixmultiplikation “entdeckt”, genauer gesagt wurde u.a. die Multiplikation von 4 × 4 Matrizen gegenüber dem 50 Jahre alten Algorithmus von Strassen verbessert. Dies ist zwar nicht das erste Computerprogramm, das Mathematik “macht”, aber vielleicht das erste, das etwas Interessantes eigenständig entdeckt. Das Finden von kombinatorischen Mustern für die Multiplikation über endlichen Ringen scheint mir allerdings auch sehr gut geeignet für die Anwendung von statistischen Lernverfahren zu sein, aber ich bin Laie auf dem Gebiet. Immerhin haben die Forscher Kauers und Moosbauer zur Ehrenrettung der menschlichen Intelligenz beigetragen, indem sie den Algorithmus noch mal per Hand um eine Multiplikation verbessert haben.

In diesem Zusammenhang ist auch das Paper von Aksay Venkatesh “Some Thoughts on Automation and Mathematical research” erwähnenswert, in dem er über die Folgen einer mathematischen künstlichen Intelligenz \(\aleph(0)\) räsoniert.

Lockdown

15.09.2022

Nachdem wir in der jedenfalls in Deutschland immer noch andauernden und in vielen anderen Ländern dagegen bereits beendeten Coronapandemie mehrfach Lockdowns verordnet hatten, deren wissenschaftliche Evidenz zum Teil fraglich war und dieses Sommersemester endlich zur Präsenz zurückkehren konnten, gibt es jetzt Überlegungen für einen weiteren Lockdown, aber nur für junge Menschen. Diesmal um die Energiekrise zu bekämpfen. So kommen aus dem “Kreis der dem Kreis der Hochschulpräsident:innen” (die sinnbefreite Genderschreibweise ist dem Originalartikel des Spiegels geschuldet) Vorschläge, die Winterferien an den Hochschulen zu verlängern - selbstverständlich “nicht auf Kosten der Studierenden”. An hessischen Hochschulen ist sogar ein “Energielockdown” nicht ausgeschlossen. Auch Deutschlandfunknova und Forschung und Lehre, die Zeitschrift des Deutschen Hochschulverbandes, berichten zum Thema.

Ich schließe mich dem Kommentar der Welt an und halte alle diese Überlegungen für verantwortungslos. Ohne studentischen Druck befürchte ich allerdings, daß - wie in den letzten 2-3 Jahren - weiterhin die Interessen der jungen Generation ignoriert werden.

Information Geometry

20.05.2022

Im letzten Forschungssemester habe ich mich mit Information Geometry beschäftigt.

Der Gegenstand des Forschungsgebiets Information Geometry ist die Untersuchung von geometrischen Strukturen von (Familien von) Wahrscheinlichkeitsverteilungen und die Anwendung ebensolcher Methoden in der Statistik, sowie in der Theorie maschinellen Lernens. Der erste Beitrag geht zurück auf C. R. Rao (1945), der die sogenannte Fisher-Rao-Metrik benutzte, um geometrische Strukturen parametrischer Modelle zu definieren. Information Geometry benutzt Konzepte aus der Differentialgeometrie wie z. B. Krümmung, kovariante Ableitungen, affine Zusammenhänge und Transport. Mithilfe dieser Werkzeuge können dann statistische Probleme neu behandelt werden. Bereits Rao hatte Begriffe wie geodätische Distanz eingeführt, um Klassifikationsprobleme und das Testen von Hypothesen in der Statistik zu behandeln.

Im gewöhnlichen, flachen euklidischen Raum \(\mathbb{R}^n\) haben wir die übliche Metrik

\[d(x,y)=\left(\sum_{i=1}^n (x_i-y_i)^2\right)^{1/2}.\]

Mannigfaltigkeiten sind lokal euklidisch, aber unterscheiden sich i.a. vom \(\mathbb{R}^n\) durch eine global unterschiedliche Topologie sowie durch unterschiedliche metrische Eigenschaften. Ein Beispiel für eine (zweidimensionale) Mannigfaltigkeit ist die Sphäre oder ein Torus. Beide sind topologisch verschieden vom \(\mathbb{R}^2\) (s. z. B. den Satz vom Igel, nicht triviale Homologiegruppe des Torus etc.).

Man kann nun Mannigfaltigkeiten \({\cal M}\) definieren, bei denen jeder Punkt der Mannigfaltigkeit einer Wahrscheinlichkeitsverteilung (auf einem beliebigen W-Raum) entspricht, sog. statistische Mannigfaltigkeiten.

Als differenzierbare Mannigfaltigkeit läßt \({\cal M}\) eine beliebige Anzahl von Metriken zu; in der Regel ist also keine Metrik ausgezeichnet. Faszinierend ist nun, daß die unterliegende statistische Struktur einer statistischen Mannigfaltigkeit dagegen eine ausgezeichnete, kanonische bedingt Metrik impliziert – die sogenannte Fisher-Rao- oder Information-Metrik:

Sei M eine statistische Mannigfaltigkeit. Dann wird die Fisher-Rao- oder Information-Metrik definiert als

\[g_{\alpha\beta} = \int p(x | \theta) \frac{\partial \log p(x | \theta) }{\partial \theta^\alpha}\frac{\partial \log p(x | \theta) }{\partial \theta^\beta} \, dx.\]

Damit können differentialgeometrische Verfahren zur Analyse von statistischen Fragen verwendet werden, was an sich schon intellektuell faszinierend ist. Es ergeben sich auch viele tiefe Zusammenhänge, z.B. gibt es eine differentialgeometrische Abschätzungen für erwartungstreue Schätzer:

Sei \(\hat\theta_n\) ein erwartungstreuer Schätzer für \(\theta\). Dann gilt die folgende Cramér-Rao Ungleichung:

\[Var[\hat\theta_n] = \mathbb{E}\left[ (\hat\theta_n - \mathbb{E}[\hat\theta_n])^2 \right] \succeq \frac{1}{n} g^{-1}(\theta),\]

wobei \(g^{-1}\) die Inverse der Fisher-Rao-Metrik bezeichnet und \(A\succeq B\) genau dann wenn \(A-B\) positiv semi-definit ist.

In der Differentialgeometrie erlaubt ein affiner Zusammenhang (engl. ``affine connection”) den Vergleich von Vektoren aus verschiedenen Tangentialräumen (da Tangentialräume in verschiedenen Punkten von \({\cal M}\) definiert sind, kann man sie nicht intrinsisch vergleichen, ohne eine weitere, zusätzliche Struktur zu haben):

Eine affiner Zusammenhang von \({\cal M}\) ist eine bilineare Abbildung der Tangentialräume:

\[\Gamma ({\cal M}) \times \Gamma ({\cal M}) \mapsto \Gamma ({\cal M})\\ (X,Y) \mapsto \nabla_X Y\]

mit den Eigenschaften:

\[\nabla_{fX} Y = f \nabla_X Y\\ \nabla_{X} fY = \partial_X f Y + f \nabla_X Y\]

Für Riemannsche Mannigfaltigkeiten ist bekannt, daß es einen eindeutig bestimmten affinen Zusammenhang gibt, den Levi-Civita-Zusammenhang, der kompatibel mit der Metrik \(g\) und torsionsfrei ist, d.h.

\[Z(g(X,Y)) = g(\nabla_{Z} X, Y) + g(X,\nabla_{Z} Y)\\ \nabla_{X} Y -\nabla_{Y} X = [X,Y].\label{eq:torsionsfrei}\]

Statistische Mannigfaltigkeiten haben im Gegensatz zu “normalen” Riemannschen Mannigfaltigkeiten eine zusätzliche dualistische Struktur.

Sei \({\cal M}\) eine Mannigfaltigkeit mit einer Riemannschen Metrik \(g\) und zwei affinen Zusammenhängen \(\nabla\) und \(\nabla^*\). Wenn

\[Z(g(X,Y)) = g(\nabla_{Z} X, Y) + g(X,\nabla_{Z}^* Y)\]

für alle \(X\), \(Y\) und \(Z\) erfüllt ist, dann heißen \(\nabla\) und \(\nabla^*\) duale oder konjugierte Zusammenhänge. Das Tripel \((g, \nabla, \nabla^*)\) heißt dualistische Struktur auf \({\cal M}\).

Diese faszinierenden Strukturen können zum Verständnis von Maschinellen Lernverfahren u.a. von Deep Networks beitragen (Natural Gradient etc.).

Wenn Sie mehr über dieses spannende Gebiet erfahren wollen, können Sie in meinen Vortrag “Information Geometry” kommen. Ich werde über dieses Thema im offenen Oberseminar der LE-I des Fb 2 in der Mittagspause vortragen:

  • Jörg Schäfer
  • Information Geometry
  • Donnerstag, 02.06.2022
  • 13:15-14:15
  • 1-130

Dazu sind am 02.06. herzlich alle Kolleginnen und Kollegen sowie alle Studentinnen und Studenten eingeladen (Essen darf mitgebracht werden!).

Ansonsten ist das Buch von Nihat Ay, Jürgen Jost, Höng Vân Lê, and Lorenz Schwachhöfer “Information Geometry”, erschienen 2017 im Springer Verlag, eine erstklassige Referenz (bei Jürgen Jost hab ich seiner Zeit in Bochum Riemannsche Differentialgeometrie gelernt - unvergesslich!).

Sommersemester

11.04.2022

Das Sommersemester startet und - mit Ausnahme vom HIS Studiengang, der hybrid stattfindet - diesmal (wieder?!) ganz analog in Präsenz. AlgDat werde ich in einem Experiment mit den Kollegen Liebehenschel und Simon im Team Teaching Modus mit Inverted-Classroom Elementen und Binnendifferenzierung lesen - ein Experiment, auf das ich mich sehr freue. Außerdem gibt es Learning from Data wie gewohnt.

“Nebenbei” werde ich dieses (und nächstes) Semester eine KI-Hardware-Infrastruktur für die Hochschule aufbauen - wir haben in einem Gruppenantrag (KI-Nachwuchs@FH) mehr als 1 Mio Fördermittel dafür vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) erhalten.

Die Forschungsgruppen HAR und INDAS laufen weiter; es gibt dort interessante Arbeiten (auch Masterarbeiten) zu vergeben. Ende Juni wird dann unsere spanisch deutsche Konferenz SGSOACS - diesmal in Toledo - bestimmt ein Highlight sein.

Best Paper Award

20.12.2021

Wenn man gegen Jahresende - noch dazu nach so einem Jahr wie 2021! - eine Nachricht vom Springerverlag bzw. -journal CCF Transactions on Pervasive Computing and Interaction erhält, daß man den Best Paper Award 2021 für den Artikel Device free human activity and fall recognition using WiFi channel state information (CSI) erhalten hat, dann ist die Freude natürlich riesig groß. Besonders auch deshalb, weil die Arbeit auf drei studentischen Masterarbeiten beruht und somit auch meine Ko-Autorinnen Neena Damodaran und Muyassar Kokhkharova bzw. Ko-Autor Elis Haruni geehrt werden.

Weitere Infos und fachlichen Hintergrund finden Sie auf der News-Seite des Fb2. Falls Sie dieses Forschungsgebiet interessant finden, können Sie gerne in meine Sprechstunde kommen - es gibt - wie immer - noch viele offene Fragen, und Nachfolgepublikationen sind bereits erschienen sowie weitere in Planung.

Neue Normalität

01.12.2021

Die “Neue Normalität” (ein propagandistischer Begriff, den ich ablehne) sieht leider so aus, daß wir einen “normalen” Hochschulbetrieb für Sie nur für 6 Wochen aufrechterhalten konnten. Seit dieser Woche sind wir im “Hybrid”, d.h. große Vorlesungen sind ausnahmslos online. In der LE Informatik bemühen wir uns, möglichst viele Angebote in Präsenz möglichst lange aufrecht zu erhalten. Wir müssen jedoch die Vorgaben der Exekutive befolgen und ich rechne mit weiteren Einschränkungen. Sehr schade, denn der Präsenzunterricht hat eine ganz andere Qualität - was mir nach der langen Pause dieses Wintersemester ganz besonders deutlich wird.

Präsenz

06.10.2021

Nach drei Online- (“Corona”) Semestern plant unsere Hochschule, das Wintersemester in voller Präsenz zu eröffnen (mit 3G Regeln). Angesichts der Tatsache, daß das keineswegs selbstverständlich ist - vergleichen Sie die Angebote anderer Hochschulen - erfüllt mich das mit einem gewissen Stolz. Die genauen Regeln entnehmen Sie bitte den offiziellen Webseiten der Hochschule, und wir müssen alle hoffen, daß das über den ganzen Winter trägt, aber nach den massiven Verwerfungen, die durch die Pandemie und die Maßnahmen der Exekutive bedingt waren, ist das ein Lichtblick für alle Hochschulangehörige und gerade für junge Menschen am Beginn Ihres Studiums.

Für den Studiengang High Integrity Systems gilt Präsenz nicht - aufgrund des hohen Anteils von Studenten aus dem Ausland wurde entschieden, dieses Semester noch Online zu bleiben, weil Visaproblematik und Reisebeschränkungen durch die Pandemie es vielen Studenten derzeit erschweren, nach Deutschland einzureisen.

Meine Sprechstunden werden in der Vorlesungszeit wieder persönlich (Büro!) möglich sein - beachten Sie dazu ebenfalls die Aushänge oder Hinweise auf meiner Homepage in den nächsten Tagen. Online-Sprechstunden nach Vereinbarung werde ich aber ebenfalls anbieten - manche Vorteile des Digitalisierungsschubs der letzen 18 Monate werden wir selbstverständlich nicht rückabwickeln.

Master Branch is Gone

26.07.2021

GitHub hat den Default Branch, der seitdem es git gibt, d.h. seit Ewigkeiten “Master” heißt, durch “Main” ersetzt. Obwohl das schon etwas her ist, blogge ich heute darüber, weil es mich kürzlich etwas Zeit und Nerven gekostet hat. Man könnte über solche Auswüchse Politischer Korrektheit mit Humor hinweg sehen und auf “Raider heißt jetzt Twix – sonst ändert sich nix!” verweisen, aber so unbedeutend ist es eben nicht.

Zunächst mal zum Hintergrund für diejenigen, die die Dinge nicht selbst verfolgt haben. Im Zuge der Black Lives Matter (BLM) Bewegung wurden in den UnSozialen” Netzwerken heftig diskutiert, bestimmte Begriffe wie Master / Slave Architekturen oder White / Black Listen zu vermeiden, weil diese “rassistisch” konnotiert wären. M.E. sind Menschen, die glauben, daß man, indem man bestimmte Worte vermeidet oder ändert, die Welt verändert, sowieso hoffnungslose Beispiele realitätsbefreiter Ideologen, die - so hätte man es in den politisierten 70ern des letzten Jahrhunderts in wirklich linken Kreisen ausgedrückt - einem bürgerlichen Idealismus verfallen sind und man hätte diesen Menschen als Gegenmittel eine Prise dialektischen Materialismus à la Karl Marx (im Gegensatz zu Georg Wilhelm Friedrich Hegel) verordnet, aber in dem vorliegenden Fall ist das ganze “Argument” sowieso nicht anwendbar, da der Master-Branch niemals im Kontext von Master / Slave verwendet wird. Das hat die von Microsoft geführte Firma GitHub aber nicht daran gehindert, diesen altehrwürdigen Fachbegriff zu bannen. Das Magazin Wired hatte darüber letztes Jahr berichtet. Der Entwickler Dwayne Slater hatte vergeblich mit einer Petition versucht, dies zu verhindern und ich zitiere ihn selbst, da man es nicht besser ausdrücken kann:

“To see GitHub use the color of my skin to make meaningless change is a slap in the face. There are more useful causes to bring to attention, words are not the issue, police brutality in the United States is the issue. To attempt to make this statement is to take advantage of the situation, it does nothing but hurt BLM as a movement and GitHub as a platform.”

Die zunehmende Tendenz von Firmen, sich bei Social Justice Kriegern anzubiedern, finde ich bigott und wohlfeil. Fragen Sie sich, wo der Einsatz von Apple, Microsoft, Google, Facebook und co z. B. für Homosexuelle (Regenbogen) in Ländern wie Iran und China bleibt. Dort ist man in solchen Fragen ganz still und hilft stattdessen lieber bei der Zensur 1, 2.

Zurück zum Master. Zur Vermeidung von Diskriminierung oder mehr Diversity tragen solche Namensänderungen gar nichts bei. Aber es kostet nichts. Oder eben doch:

  1. Hunderttausende von Entwicklern müssen sich mit diesen (und anderen) völlig überflüssigen Änderungen auseinandersetzen.
  2. Viele Änderungen erfordern Anpassungen von Code oder Skripten, zum Teil in hunderten oder Tausenden von Artefakten.
  3. All das kostet viel Arbeitszeit, Aufwand, der besser in reale Veränderungen investiert wäre.
  4. Jeder Fehler, der dabei passiert, kostet weiter Zeit und Geld und kann potentiell und faktisch Schaden anrichten.

Diese Kosten werden von den Social Justice Kriegern, die sich für angeblich “neutrale Sprache” in der Tech-Industrie einsetzen, schlicht ignoriert. Wie groß der unsoziale” Druck ist, zeigt, daß selbst der nicht gerade für Feinfühligkeit bekannte Linus Torwalds in Linux inzwischen diverse Begriffe aufräumen läßt.

Abschließend - das Wort Master” stammt vom lateinischen “Magister” (s. z. B. Etymonline.com) ab; wenn dieser woke Irrsinn allerdings nicht gestoppt wird, dann wird der Master of Science dann zukünftig wohl Abschluss 2 heissen.

Das sind die aktuellen Beiträge; alte Beiträge gibt es im Archiv.