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Description: Was Komplexität ist, weiß niemand so richtig. In vielen Wissenschaftsgebieten wird der Begriff Komplexität verwendet, überall mit etwas anderer Bedeutung. Mathematik und Informatik hab en eine eigene Theorie hierzu entwickelt: die Komplexitätstheorie. Sie stellt zwar grundlegende Begriffe bereit, aber leider sind die meisten wichtigen Fragestellungen noch ungelöst. Diese kurze Einführung konzentriert sich auf einen speziellen, aber bedeutenden Aspekt der Theorie: Lösbarkeit von Problemen in deterministischer und nichtdeterministischer polynomialer Zeit. Hinter der für Uneingeweihte etwas kryptischen Frage "P = NP?" verbirgt sich das derzeit wichtigste Problem der Komplexitätstheorie. Anhand dieser Fragestellung werden einige Aspekte der Theorie erläutert und formell erklärt, was "P = NP?" bedeutet. Es geht nicht nur um komplizierte algorithmische Mathematik und Informatik, sondern um grundsätzliche Fragen unserer Lebensumwelt. Kann man vielleicht beweisen, dass es für viele Probleme unseres Alltags keine effizienten Lösungsmethoden gibt?

Description: This report combines the contributions to INOC 2005 (Wessälly et al., 2005) and DRCN 2005 (Gruber et al., 2005). A new integer linear programming model for the end-to-end survivability concept deman d-wise shared protection (DSP) is presented. DSP is based on the idea that backup capacity is dedicated to a particular demand, but shared within a demand. It combines advantages of dedicated and shared protection: It is more cost-efficient than dedicated protection and operationally easier than shared protection. In a previous model for DSP, the number of working and backup paths to be configured for a particular demand has been an input parameter; in the more general model for DSP investigated in this paper, this value is part of the decisions to take. To use the new DSP model algorithmically, we suggest a branch-and-cut approach which employs a column generation procedure to deal with the exponential number of routing variables. A computational study to compare the new resilience mechanism DSP with dedicated and shared path protection is performed. The results for five realistic network planning scenarios reveal that the best solutions for DSP are on average 15\% percent better than the corresponding 1+1 dedicated path protection solutions, and only 15\% percent worse than shared path protection.

Description: Die Functional Requirements for Bibliographic Records, kurz FRBR, sind eine Empfehlung der International Federation of Library Associations and Institutions (IFLA) von 1998 zur Neustrukturierung von Bibliothekskatalogen. Mit den FRBR wird ein logisches Denkmodell für bibliografische Beschreibungen vorgelegt. Die Diskussion über dieses Modell befindet sich im deutschsprachigen Raum - anders als im angloamerikanischen - noch in den Anfängen. Dem möchte dieser Aufsatz entgegen wirken, indem die Frage gestellt wird, inwieweit sich die logisch gedachten FRBR-Einheiten in den existierenden Daten wieder finden lassen. Dazu werden die Entitäten mit den dazugehörigen Attributen dem in der Bibliothekswelt Deutschlands und Österreichs üblichen MAB-Format (Maschinelles Austauschformat für Bibliotheken) gegenübergestellt und auf ihre Kompatibilität hin untersucht. Die Autoren sind Mitglieder der überregionalen {\glqq}Expertengruppe Datenformate{\grqq}, in der Formatfragen, die das Bibliothekswesen betreffen, diskutiert werden, insbesondere aber das MAB-Format gepflegt wird.

Description: In this paper we consider a simple variant of the Online Dial-a-Ride Problem from a probabilistic point of view. To this end, we look at a probabilistic version of this online Dial-a-Ride problem and introduce a probabilistic notion of the competitive ratio which states that an algorithm performs well on the vast majority of the instances. Our main result is that under the assumption of high load a certain online algorithm is probabilistically $(1+o(1))$-competitive if the underlying graph is a tree. This result can be extended to general graphs by using well-known approximation techniques at the expense of a distortion factor~$O(\log\|V\|)$.

Description: The identification of metastable conformations of molecules plays an important role in computational drug design. One main difficulty is the fact that the underlying dynamic processes take place in high dimensional spaces. Although the restriction of degrees of freedom to a few dihedral angles significantly reduces the complexity of the problem, the existing algorithms are time-consuming. They are based on the approximation of transition probabilities by an extensive sampling of states according to the Boltzmann distribution. We present a method which can identify metastable conformations without sampling the complete distribution. Our algorithm is based on local transition rates and uses only pointwise information about the potential energy surface. In order to apply the cluster algorithm PCCA+, we compute a few eigenvectors of the rate matrix by the Jacobi-Davidson method. Interpolation techniques are applied to approximate the thermodynamical weights of the clusters. The concluding example illustrates our approach for epigallocatechine, a molecule which can be described by seven dihedral angles.

Description: Zahlreiche lokale, nationale und internationale Informationsportale existieren mit zum Teil gleichen Angeboten und Dienstleistungen nebeneinander. Da der Aufbau und Betrieb von Portalen kostspielig ist, sollten die einzelnen Dienstleistungen abgestimmt und sinnvoll untereinander vernetzt werden. Für eine solch anzustrebende Kooperation unter Portalen ist es notwendig, ein jeweils eigenes Portalprofil zu definieren, um bei einer Gegenüberstellung der Profile die Abgrenzungen und Verknüpfungspunkte deutlich werden zu lassen. Die KOBV-Zentrale möchte mit der Profilbeschreibung des KOBV-Portals beginnen und so die eigenen Angebote des regionalen Portals mit denen anderer auf sinnvolle Weise verknüpfen. Für diese Positionsbestimmung werden die Dienstleistungen, die Zielgruppe, die Kriterien für die Ressourcenauswahl sowie die Abgrenzung zu anderen Portalen dargelegt.

Description: Conflict analysis for infeasible subproblems is one of the key ingredients in modern SAT solvers to cope with large real-world instances. In contrast, it is common practice for today's mixed integer programming solvers to just discard infeasible subproblems and the information they reveal. In this paper we try to remedy this situation by generalizing the SAT infeasibility analysis to mixed integer programming. We present heuristics for branch-and-cut solvers to generate valid inequalities from the current infeasible subproblem and the associated branching information. SAT techniques can then be used to strengthen the resulting cuts. We performed computational experiments which show the potential of our method: On feasible MIP instances, the number of required branching nodes was reduced by 50\% in the geometric mean. However, the total solving time increased by 15\%. on infeasible MIPs arising in the context of chip verification, the number of nodes was reduced by 90\%, thereby reducing the solving time by 60\%.

Description: We provide conditions for convergence of polyhedral surfaces and their discrete geometric properties to smooth surfaces embedded in Euclidian $3$-space. The notion of totally normal convergence is shown to be equivalent to the convergence of either one of the following: surface area, intrinsic metric, and Laplace-Beltrami operators. We further s how that totally normal convergence implies convergence results for shortest geodesics, mean curvature, and solutions to the Dirichlet problem. This work provides the justification for a discrete theory of differential geometric operators defined on polyhedral surfaces based on a variational formulation.

Description: The line planning problem is one of the fundamental problems in strategic planning of public and rail transport. It consists in finding lines and corresponding frequencies in a transport network such that a given travel demand can be satisfied. There are (at least) two objectives. The transport company wishes to minimize operating costs, the passengers want to minimize travel times. We propose a n ew multi-commodity flow model for line planning. Its main features, in comparison to existing models, are that the passenger paths can be freely routed and that the lines are generated dynamically. We discuss properties of this model and investigate its complexity. Results with data for the city of Potsdam, Germany, are reported.

Description: Im Rahmen des klassischen Information Retrieval wurden verschiedene Verfahren für das Ranking sowie die Suche in einer homogenen strukturlosen Dokumentenmenge entwickelt. Die Erfolge der Suchmas chine Google haben gezeigt, dass die Suche in einer zwar inhomogenen aber zusammenhängenden Dokumentenmenge wie dem Internet unter Berücksichtigung der Dokumentenverbindungen (Links) sehr ef fektiv sein kann. Unter den von der Suchmaschine Google realisierten Konzepten ist ein Verfahren zum Ranking von Suchergebnissen (PageRank), das in diesem Artikel kurz erklärt wird. % Darüber hinaus wird auf die Konzepte eines Systems namens CiteSeer eingegangen, welches automatisch bibliographische Angaben indexiert (engl. \glqq Autonomous Citation Indexing\grqq, ACI). Letzteres erzeugt aus einer Menge von nicht-vernetzten wissenschaftlichen Dokumenten eine zusammenhängende Dokumentenmenge und ermöglicht den Einsatz von Ranking-Verfahren, die auf den von Google genutzten Verfahren basieren.

Description: A thorough convergence analysis of the Control Reduced Interior Point Method in function space is performed. This recently proposed method is a primal interior point pathfollowing scheme with the special feature, that the control variable is eliminated from the optimality system. Apart from global linear convergence we show, that this method converges locally almost quadratically, if the optimal solution satisfies a function space analogue to a non-degeneracy condition. In numerical experiments we observe, that a prototype implementation of our method behaves in compliance with our theoretical results.

Description: The use of point sets instead of meshes became more popular during the last years. We present a new method for anisotropic fairing of a point sampled surface using an anisotropic geometric mean curvature flow. The main advantage of our approach is that the evolution removes noise from a point set while it detects and enhances geometric features of the surface such as edges and corners. We derive a shape operator, principal curvature properties of a point set, and an anisotropic Laplacian of the surface. This anisotropic Laplacian reflects curvature properties which can be understood as the point set analogue of Taubin's curvature-tensor for polyhedral surfaces. We combine these discrete tools with techniques from geometric diffusion and image processing. Several applications demonstrate the efficiency and accuracy of our method.

Description: In this paper we introduce the fare planning problem for public transport which consists in designing a system of fares maximizing revenue. We propose a new simple general model for this problem. It i s based on a demand function and constraints for the different fares. The constraints define the structure of the fare system, e.g., distance dependent fares or zone fares. We discuss a simple example with a quadratic demand function and distance dependent fares. Then we introduce a more realistic discrete choice model in which passengers choose between different alternatives depending on the numb er of trips per month. We demonstrate the examples by computational experiments.

Description: Can OR methods help the public transport industry to break even? The article gives evidence that there exist significant potentials in this direction, which can be harnessed by a combination of modern mathematical methods and local planning knowledge. Many of the planning steps in public transport are classical combinatorial problems, which can be solved in unprecedented size and quality due the rapid progress in large-scale optimization. Three examples on vehicle scheduling, duty scheduling, and integrated vehicle and duty scheduling illustrate the level that has been reached and the improvements that can be achieved today. Extensions of such methods to further questions of strategic, online, and market-oriented planning are currently investigated. In this way, OR can make a significant contribution to answer the basic but extremely difficult question ``What is a good public transport network?.

Description: Laplace transforms which admit a holomorphic extension to some sector strictly containing the right half plane and exhibiting a potential behavior are considered. A spectral order, parallelizable method for their numerical inversion is proposed. The method takes into account the available information about the errors arising in the evaluations. Several numerical illustrations are provided.

Description: The airline crew scheduling problem deals with the construction of crew rotations in order to cover the flights of a given schedule at minimum cost. The problem involves complex rules for the legality and costs of individual pairings and base constraints for the availability of crews at home bases. A typical instance considers a planning horizon of one month and several thousand flights. We propose a column generation approach for solving airline crew scheduling problems that is based on a set partitioning model. We discuss algorithmic aspects such as the use of bundle techniques for the fast, approximate solution of linear programs, a pairing generator that combines Lagrangean shortest path and callback techniques, and a novel rapid branching'' IP heuristic. Computational results for a number of industrial instances are reported. Our approach has been implemented within the commercial crew scheduling system NetLine/Crew of Lufthansa Systems Berlin GmbH.

Description: The complexity of molecular kinetics can be reduced significantly by a restriction to metastable conformations which are almost invariant sets of molecular dynamical systems. With the Robust Perron Cl uster Analysis PCCA+, developed by Weber and Deuflhard, we have a tool available which can be used to identify these conformations from a transition probability matrix. This method can also be applied to the corresponding transition rate matrix which provides important information concerning transition pathways of single molecules. In the present paper, we explain the relationship between these tw o concepts and the extraction of conformation kinetics from transition rates. Moreover, we show how transition rates can be approximated and conclude with numerical examples.

Description: Die Autoren schreiben dieses Papier aus der eingeschränkten Sicht der Mathematik und der Informationstechnik. Um den speziellen Beitrag dieser Disziplinen überhaupt diskutieren zu können, sehen wir uns jedoch gezwungen, einen Rahmen abzustecken, den wir für das Jahr 2020 vorhersehen -- nach Wahrscheinlichkeit und aus unserem engeren fachlichen Blickwinkel. Vorab bitten wir schon einmal bei den medizinischen Fachleuten um Nachsicht, wenn wir uns in ihrem Revier allzu dillettantisch bewegen. Vielleicht fördert aber auch unser eingeschränkter Blickwinkel ansonsten unbedachte Aspekte zutage -- das hoffen wir zumindest.

Description: We consider nonlinear, scaling-invariant $N=1$ boson$+$fermion supersymmetric systems whose right-hand sides are homogeneous differential polynomials and satisfy some natural assumptions. We select the super-systems that admit infinitely many higher symmetries generated by recursion operators; we further restrict ourselves to the case when the dilaton dimensions of the bosonic and fermionic super-fields coincide and the weight of the time is half the weight of the spatial variable. We discover five systems that satisfy these assumptions; one system is transformed to the purely bosonic Burgers equation. We construct local, nilpotent, triangular, weakly non-local, and super-recursion operators for their symmetry algebras.

Description: We present a branch-and-cut algorithm for the NP-hard maximum feasible subsystem problem: For a given infeasible linear inequality system, determine a feasible subsystem containing as many inequalities as possible. The complementary problem, where one has to remove as few inequalities as possible in order to render the system feasible, can be formulated as a set covering problem. The rows of this formulation correspond to irreducible infeasible subsystems, which can be exponentially many. The main issue of a branch-and-cut algorithm for MaxFS is to efficiently find such infeasible subsystems. We present three heuristics for the corresponding NP-hard separation problem and discuss further cutting planes. This paper contains an extensive computational study of our implementation on a variety of instances arising in a number of applications.

Description: New evolutionary supersymmetric systems whose right-hand sides are homogeneous differential polynomials and which possess infinitely many higher symmetries are constructed. Their intrinsic geometry (symmetries, conservation laws, recursion operators, Hamiltonian structures, and exact solutions) is analyzed by using algebraic methods. A supersymmetric $N=1$ representation of the Burgers equation is obtained. An $N=2$ KdV-component system that reduces to the Burgers equation in the diagonal $N=1$ case $\theta^1=\theta^2$ is found; the $N=2$ Burgers equation admits and $N=2$ modified KdV symmetry. A one\/-\/parametric family of $N=0$ super\/-\/systems that exte nd the Burgers equation is described; we relate the systems within this family with the Burgers equation on associative algebras. A supersymmetric boson$+$fermion representation of the dispersionless Boussinesq equation is investigated. We solve this equation explicitly and construct its integrable deformation that generates two infinite sequences of the Hamiltonians. The Boussinesq equation with dispersion is embedded in a one-parametric family of two-component systems with dissipation. We finally construct a three-parametric supersymmetric system that incorporates the Boussinesq equation with dispersion and dissipation but never retracts to it for any values of the parameters.

Description: In this paper we present a new technique for computing lower bounds for graph treewidth. Our technique is based on the fact that the treewidth of a graph $G$ is the maximum order of a bramble of $G$ minus one. We give two algorithms: one for general graphs, and one for planar graphs. The algorithm for planar graphs is shown to give a lower bound for both the treewidth and branchwidth that is at most a constant factor away from the optimum. For both algorithms, we report on extensive computational experiments that show that the algorithms give often excellent lower bounds, in particular when applied to (close to) planar graphs.

Description: Seit einigen Jahren lizenzieren Bibliotheken mit erheblichem finanziellen Aufwand elektronische Zeitschriften. Anders als bei einer Papierausgabe ist der dauerhafte Zugriff auf die bezahlten Dokumente allerdings nicht garantiert: Die e-Zeitschriften liegen auf dem Verlagsserver, und der Verlag schaltet den Zugriff (meist IP-Range des Campus) auf seinem Server frei. Wird der Zugriff von Verlagsseite abgeschaltet, erlöschen sämtliche Zugriffsrechte, auch auf die in der Vergangenheit lizenzierten und bezahlten Zeitschriften. Auf die neuen Abonnementbedingungen hat das Friedrich-Althoff-Konsortium (FAK) reagiert und in seinen Vertr"agen den Erwerb der Archivdaten beim Auslaufen eines Vertrages festgeschrieben. Im Rahmen eines Projektes baut die KOBV-Zentrale einen Zeitschriftenserver auf, um den Zugriff auf die lizenzierten elektronischen Zeitschriften auch nach Ablauf der Lizenzverträge zu gewährleisten. Den Grundstock bilden die vom FAK in den Jahren 1997-2003 lizenzierten elektronischen Zeitschriften der Verlage Kluwer Academic Press, Springer und Elsevier - ein Volumen von rund 1.600 Zeitschriftentiteln mit knapp 1.400.000 Artikeln. Beim Aufbau des Zeitschriftenservers kommt der vertraglich-organisatorischen Komponente eine ebenso wichtige Rolle zu wie der technischen Realisierung. Hier hat die KOBV-Zentrale ein transparentes Verfahren konzipiert und umgesetzt, um für die Verlage die notwendige Vertrauensbasis zu schaffen und gleichzeitig den Einrichtungen ihren berechtigten Zugriff auf die Zeitschriften-Volltexte zu sichern. Die Zeitschriftenartikel werden sowohl im Rahmen des KOBV-Volltextservers, einem neuen Internet-Dienst der KOBV-Zentrale, zugänglich gemacht - volltext-indiziert mit der Suchmaschine Swish-e - als auch integriert in die Metadatensuche und den Open-Linking-Dienst des KOBV-Portals. Während die Metadatenrecherche und die Sicht auf die Abstracts für alle offen sind, ist der Zugriff auf die Artikel-Volltexte auf die an den Verträgen beteiligten Einrichtungen beschränkt. Dazu wurde ein Authentifizierungsverfahren auf der Basis von IP-Ranges eingerichtet. Der vorliegende Text ist die schriftliche Fassung eines gleichnamigen Vortrages auf der ASpB-Tagung 2005 \glqq Spezialbibliotheken zwischen Auftrag und Ressourcen{\grqq} der Arbeitsgemeinschaft der Spezialbibliotheken, die vom 06.-09. September 2005 in der Technischen Universität München stattfand.

Description: In diesem Bericht wurden Erfahrungen mit der Suchmaschine FAST im Rahmen des Projektes Verteilter Contentspeicher sowie die Suchmaschine FAST beschrieben. Das Ziel des Projektes Verteilter Contentspeicher war die Speicherung, Erschließung und das Angebot der digitalen Bestände der Journale und Dokumente der KOBV-Bibliotheken zu ermöglichen. Die Eignung der Suchmaschine FAST für das Projektvorhaben wurde systematisch und gründlich getestet, indem verschiedene Dokumentmengen mit FAST indexiert wurden.

Description: The thesis deals with the implementation and application of out-of-the-box tools in linear and mixed integer programming. It documents the lessons learned and conclusions drawn from five years of implementing, maintaining, extending, and using several computer codes to solve real-life industrial problems. By means of several examples it is demonstrated how to apply algebraic modeling languages to rapidly devise mathematical models of real-world problems. It is shown that today's MIP solvers are capable of solving the resulting mixed integer programs, leading to an approach that delivers results very quickly. Even though, problems are tackled that not long ago required the implementation of specialized branch-and-cut algorithms. In the first part of the thesis the modeling language Zimpl is introduced. Chapter 2 contains a complete description of the language. In the subsequent chapter details of the implementation are described. Both theoretical and practical considerations are discussed. Aspects of software engineering, error prevention, and detection are addressed. In the second part several real-world projects are examined that employed the methodology and the tools developed in the first part. Chapter 4 presents three projects from the telecommunication industry dealing with facility location problems. Chapter 5 characterizes questions that arise in UMTS planning. Problems, models, and solutions are discussed. Special emphasis is put on the dependency of the precision of the input data and the results. Possible reasons for unexpected and undesirable solutions are explained. Finally, the Steiner tree packing problem in graphs, a well-known hard combinatorial problem, is revisited. A formerly known, but not yet used model is applied to combine switchbox wire routing and via minimization. All instances known from the literature are solved by this approach, as are some newly generated bigger problem instances.

Description: We develop and experimentally compare policies for the control of a system of $k$ elevators with capacity one in a transport environment with $\ell$ floors, an idealized version of a pallet elevator system in a large distribution center of the Herlitz PBS AG in Falkensee. Each elevator in the idealized system has an individual waiting queue of infinite capacity. On each floor, requests arrive over time in global waiting queues of infinite capacity. The goal is to find a policy that, without any knowledge about future requests, assigns an elevator to each req uest and a schedule to each elevator so that certain expected cost functions (e.g., the average or the maximal flow times) are minimized. We show that a reoptimization policy for minimizing average sq uared waiting times can be implemented to run in real-time ($1\,s$) using dynamic column generation. Moreover, in discrete event simulations with Poisson input it outperforms other commonly used polic ies like multi-server variants of greedy and nearest neighbor.

Description: A method based on infinite parameter conservation laws is described to factor linear differential operators out of nonlinear partial differential equations (PDEs) or out of differential consequences of nonlinear PDEs. This includes a complete linearization to an equivalent linear PDE (-system) if that is possible. Infinite parameter conservation laws can be computed, for example, with the computer algebra package {\sc ConLaw}.

Description: Motivated by recent work on integrable flows of curves and 1+1 dimensional sigma models, several $O(N)$-invariant classes of hyperbolic equations $Utx=f(U,Ut,Ux)$ for an $N$-component vector $U(t,x)$ are considered. In each class we find all scaling-homogeneous equations admitting a higher symmetry of least possible scaling weight. Sigma model interpretations of these equations are presented.

Description: Quadratic Hamiltonians with a linear Lie-Poisson bracket have a number of applications in mechanics. For example, the Lie-Poisson bracket $e(3)$ includes the Euler-Poinsot model describing motion of a rigid body around a fixed point under gravity and the Kirchhoff model describes the motion of a rigid body in ideal fluid. Advances in computer algebra algorithms, in implementations and hardware, together allow the computation of Hamiltonians with higher degree first integrals providing new results in the search for integrable models. A computer algebra module enabling related computations in a 3-dimensional vector formalism is described.

Description: We give an algorithm to compute $N$ steps of a convolution quadrature approximation to a continuous temporal convolution using only $O(N\, \log N)$ multiplications and $O(\log N)$ active memory. The method does not require evaluations of the convolution kernel, but instead $O(\log N)$ evaluations of its Laplace transform, which is assumed sectorial. The algorithm can be used for the stable numerical solution with quasi-optimal complexity of linear and nonlinear integral and integro-differential equations of convolution type. In a numerical example we apply it to solve a subdiffusion equation with transparent boundary conditions.

Description: We describe a prototypical framework that further automates system management by composing complex management tasks from elementary actions, and executing composite tasks with feedback-awareness. {\sl FEEDBACKFLOW} implements a general closed control loop of \emph{planning - execution - result validation - replanning}, and generates workflows of system management actions in an adaptive manner. System-dependent behaviour of the loop is specified by declarative description of the domain (essentially descriptions of available actions), and statement of the goal. We evaluate the design of this framework on examples taken from resource construction in Utility Computing environments, and discuss the challenges we have encountered. Our implementation utilizes external components such as \emph{MBP}, a \emph{PDDL}-conform planner, and \emph{Triana}, a workflow specification and execution framework. An alternative approach involving \emph{BPEL4WS} is discussed.

Description: For a real world problem --- transporting pallets between warehouses in order to guarantee sufficient supply for known and additional stochastic demand --- we propose a solution approach via convex relaxation of an integer programming formulation, suitable for online optimization. The essential new element linking routing and inventory management is a convex piecewise linear cost function that is based on minimizing the expected number of pallets that still need transportation. For speed, the convex relaxation is solved approximately by a bundle approach yielding an online schedule in 5 to 12 minutes for up to 3 warehouses and 40000 articles; in contrast, computation times of state of the art LP-solvers are prohibitive for online application. In extensive numerical experiments on a real world data stream, the approximate solutions exhibit negligible loss in quality; in long term simulations the proposed method reduces the average number of pallets needing transportation due to short term demand to less than half the number observed in the data stream.

Description: This paper introduces a new algorithm of conformational analysis based on mesh-free methods as described in [M. Weber. Mehless methods in Conformation Dynamics.(2005)]. The adaptive decomposition of the conformational space by softly limiting functions avoids trapping effects and allows adaptive refinement strategies. These properties of the algorithm makes ZIBgridfree particularly suitable for the complete exploration of high-dimensional conformational space. The adaptive control of the algorithm benefits from the tight integration of molecular simulation and conformational analysis. An emphasized part of the analysis is the Robust Perron Cluster Analysis (PCCA+) based on the work of Peter Deuflhard and Marcus Weber. PCCA+ supports an almost-characteristic cluster definition with an outstanding mapping of transition states. The outcome is expressed by the metastable sets of conformations, their thermodynamic weights and flexibility.

Description: This paper reports on the fourth version of the Mixed Integer Programming Library. Since ({\sc miplib}) is to provide a concise set of challenging problems, it became necessary to purge instances that became too easy. We present an overview of the 27 new problems and statistical data for all 60 instances.

Description: Der Artikel beschreibt ein mathematisches Optimierungssystem zur Betriebsplanung in großen Wassernetzen, das bei den Berliner Wasserbetrieben eingesetzt wird. Für das Berliner Versorgungsnetz werden Optimierungsergebnisse vorgestellt.

Description: \\ Zusammenfassung: Der Kooperative Bibliotheksverbund Berlin-Brandenburg (KOBV) betreibt für das KOBV-Portal einen Austausch von Beschreibungen zu elektronischen Ressourcen (Metadaten), der zwisc zwischen verschiedenen Informationsportalen in der Region durchgeführt wird. Die unterschiedlichen Informationsportale verwenden verschiedene Metadaten-Schemata und Austausch-Formate für ihre Ressourcebeschreibungen. Um die Heterogenität der Metadaten zu überwinden, wurde der KOBV-Metadaten-Austausch-Parser (KMA-Parser) entwickelt. Andere Metadaten-Schemata werden auf das KOBV-Metadaten-Schema abgebildet. Der KMA-Parser führt gegebenenfalls eine Format-Transformation durch, konvertiert die Inhalte einzelner Elemente über Konkordanzen und erzeugt neue Metadaten-Elemente aus vorhandenen Feldern. Er validiert den Inhalt auf Vollständigkeit und steuert den Austausch der Metadaten zwischen den Portalen. Der Umwandlungsprozess funktioniert jedoch nicht nur in die Richtung des KOBV-Portals, sondern auch in die entgegengesetzte Richtung. Der Artikel beschreibt die einzelnen Vorgänge im KMA-Parser und schildert die Erfahrungen im Umgang mit der Heterogenität von Metadaten. Die gewonnenen Erfahrungen verweisen auf grundlegende Perspektiven in der universellen Zusammenarbeit von Informationsanbietern und -providern.The Kooperativer Bibliotheksverbund Berlin-Brandenburg (KOBV) has built a framework for a bi-directional exchange workflow of electronic resourcesÆ descriptions (metadata) between the KOBV Portal and other Information Portals in the region. The Information Portals use different exchange formats, metadata schemata and controlled vocabularies for their descriptions of resources. In order to overcome this metadata heterogeneity, an application, the KOBV Metadata Exchange Parser (KMA-Parser), has been developed. The KMA-Parser maps the local portalsÆ metadata schemata into the metadata schema of the KOBV Portal. If necessary, it transforms the exchange format, converts contents of individual elements by means roduces new metadata elements on the basis of existent elements. It checks elementsÆ contents on completeness and controls the metadata exchange between the portals. However, the transformation process takes place not only towards the KOBV Portal, but al so vice versa. The article describes the individual processes in the KMA Parser and depicts the experiences in handling the metadataÆs heterogeneity. The experiences gathered give an idea of the prospects for a universal cooperation between information suppliers and providers.

Description: \newcommand{\chordsharp}{Chord$^\##$} Data lookup is a fundamental problem in peer-to-peer systems: Given a key, find the node that stores the associated object. Chord and other P2P algorithms use distributed hash tables (DHTs) to distribute the keys and nodes evenly across a logical ring. Using an efficient routing strategy, DHTs provide a routing performance of $O (\log N)$ in networks of $N$ nodes. While the routing performance has been shown to be optimal, the uniform key distribution makes it impossible for DHTs to support range queries. For range queries, consecutive keys must be stored on lo gically neighboring nodes. In this paper, we present an enhancement of Chord that eliminates the hash function while keeping the same routing performance. The resulting algorithm, named \chordsharp{}, provides a richer function ality while maintaining the same complexity. In addition to Chord, \chordsharp{} adapts to load imbalance.

Description: This paper is concerned with the sensitivities of function space oriented interior point approximations in parameter dependent problems. For an abstract setting that covers control constrained optimal control problems, the convergence of interior point sensitivities to the sensitivities of the optimal solution is shown. Error bounds for $L_q$ norms are derived and illustrated with numerical examples.

Description: We present an approach to implement an auction of railway slots. Railway network, train driving characteristics, and safety requirements are described by a simplified, but still complex macroscopic model. In this environment, slots are modelled as combinations of scheduled track segments. The auction design builds on the iterative combinatorial auction. However, combinatorial bids are restricted to some types of slot bundles that realize positive synergies between slots. We present a bidding language that allows bidding for these slot bundles. An integer programming approach is proposed to solve the winner determination problem of our auction. Computational results for auction simulations in the Hannover-Fulda-Kassel area of the German railway network give evidence that auction approaches can induce a more efficient use of railway capacity.

Description: Das Travelling-Salesman-Problem (TSP) ist das am intensivsten untersuchte kombinatorische Optimierungsproblem. In diesem Abschnitt wird eine Einführung in das TSP gegeben. Es werden Problemstellungen erläutert, Anwendungen skizziert und einige Schwierigkeiten bei der korrekten Modellierung der Zielfunktion dargelegt. Es ist gar nicht so klar, was in einem konkreten Problem die wirkliche Entfernung ist. Exakte und approximative Lösungsverfahren werden an Beispielen skizziert, und es wird angedeutet, dass man, obwohl TSPs zu den theoretisch schweren Problemen zählen, in der Praxis TSPs von atemberaubender Größe lösen kann.

Description: Mit der Installation des neuen Hochleistungsrechners für die norddeutschen Länder (HLRN) steht den Wissenschaftlern ein außergewöhnlich leistungsfähiges System zur Verfügung. Durch die Verteilung der Rechenelemente auf zwei verschiedene Standorte in Berlin (ZIB) und Hannover (RRZN) entstehen jedoch auch neue Herausforderungen für den Betrieb und die effiziente Nutzung des Rechners. Inhalt dieses Projektes ist die Erforschung und Lösung der durch die Verteilung des Systems hervorgerufenen Probleme (z.B. Scheduling, Kommunikation, I/O). Es werden effiziente Lösungen zur Bereitstellung eines virtuellen, hoch-performanten und transparenten Systems entwickelt, die auf vergleichbare Installationen übertragbar sind.

Description: We study the complexity of two Inverse Shortest Paths (ISP) problems with integer arc lengths and the requirement for uniquely determined shortest paths. Given a collection of paths in a directed graph, the task is to find positive integer arc lengths such that the given paths are uniquely determined shortest paths between their respective terminals. The first problem seeks for arc lengths that minimize the length of the longest of the prescribed paths. In the second problem, the length of the longest arc is to be minimized. We show that it is $np-hard$ to approximate the minimal longest path length within a factor less than $8/7$ or the minimal longest arc length within a factor less than $9/8$. This answers the (previously) open question whether these problems are $np-hard$ or not. We also present a simple algorithm that achieves an $\mathcal{O}(|V|)$-approximation guarantee for both variants. Both ISP problems arise in the planning of telecommunication networks with shortest path routing protocols. Our results imply that it is $\mathcal{NP}$-hard to decide whether a given path set can be realized with a real shortest path routing protocol such as OSPF, IS-IS, or RIP.

Description: We perform a classification of integrable systems of mixed scalar and vector evolution equations with respect to higher symmetries. We consider polynomial systems that are homogeneous under a suitable weighting of variables. This paper deals with the KdV weighting, the Burgers (or potential KdV or modified KdV) weighting, the Ibragimov--Shabat weighting and two unfamiliar weightings. The case of other weightings will be studied in a subsequent paper. Making an ansatz for undetermined coefficients and using a computer package for solving bilinear algebraic systems, we give the complete lists of $2^{\mbox{\scriptsize nd }}$order systems with a $3^{\mbox{\scriptsize rd }}$order or a $4^{\mbox{\scriptsize th }}$order symmetry and $3^{\mbox{\scriptsize rd }}$order systems with a $5^{\mbox{\scriptsize th }}$order symmetry. For all but a few systems in the lists, we show that the system (or, at least a subsystem of it) admits either a Lax representation or a linearizing transformation. A thorough comparison with recent work of Foursov and Olver is made.

Description: The result after $N$ steps of an implicit Runge-Kutta time discretization of an inhomogeneous linear parabolic differential equation is computed, up to accuracy $\varepsilon$, by solving only $$O\Big(\log N\, \log \frac1\varepsilon \Big) $$ linear systems of equations. We derive, analyse, and numerically illustrate this fast algorithm.

Description: In this paper, we study wavelength assignment problems in multi-fiber WDM networks. We focus on the special case that all lightpaths have at most two links. This in particular holds in case the network topology is a star. As the links incident to a specific node in a meshed topology form a star subnetwork, results for stars are also of interest for general meshed topologies. We show that wavelength assignment with at most two links per lightpath can be modeled as a generalized edge coloring problem. By this relation, we show that for a network with an even number of fibers at all links and at most two links per lightpath, all lightpaths can be assigned a wavelength without conversion. Moreover, we derive a lower bound on the number of lightpaths to be converted for networks with arbitrary numbers of fibers at the links. A comparison with linear programming lower bounds reveals that the bounds coincide for problems with at most two links per lightpath. For meshed topologies, the cumulative lower bound over all star subnetworks equals the best known solution value for all realistic wavelength assignment instances available, by this proving optimality.

Description: We prove that the Random-Edge simplex algorithm requires an expected number of at most $13n/sqrt(d)$ pivot steps on any simple d-polytope with n vertices. This is the first nontrivial upper bound for general polytopes. We also describe a refined analysis that potentially yields much better bounds for specific classes of polytopes. As one application, we show that for combinatorial d-cubes, the trivial upper bound of $2^d$ on the performance of Random-Edge can asymptotically be improved by any desired polynomial factor in d.

Description: In diesem Artikel werden die Optimierungsmodelle und -verfahren beschrieben, die bei der Planung des Kernnetzes und der Zugangsinfrastruktur des X-WiN verwendet wurden.

Description: Die Anwendung mathematischer Methoden und Verfahren wird immer mehr zur Voraussetzung innovativer Produkte und Dienstleistungen. Um neue Produkte und Dienstleistungen zu entwickeln, müssen die Produktions- und technologischen Prozesse mathematisch modelliert, beschrieben und optimiert werden. Diesen Umstand Rechnung tragend, hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) 1993 begonnen, den Einsatz mathematischer Verfahren und Methoden in der Mathematik über ein spezielles Mathematikprogramm zu fördern. Inzwischen hat die vierte Förderperiode des Mathematikprogramms begonnen. \par Das Medium Internet und insbesondere das WWW sind für die Sichtbarkeit und Transparenz wissenschaftlicher Resultate in den letzten zehn Jahren immer wichtiger geworden. Wer nicht im Web "'sichtbar"' ist, läuft Gefahr, nicht wahrgenommen zu werden. Intention und Ziel des durchgeführten Projekts war es, ein Konzept für eine qualitativ hochwertige und umfassende Darstellung des BMBF Mathematikprogramms, insbesondere der in den Projekten erzielten Ergebnisse, zu entwickeln und zu realisieren und damit den Stellenwert und die Akzeptanz mathematischer Forschung in der Gesellschaft zu festigen und den Wissenstransfer zwischen mathematischer Forschung sowie Forschung und Entwicklung in der Wirtschaft und dem Dienstleistungsbereich zu fördern.

Description: Die KOBV-Zentrale betreibt mit dem KOBV-Portal neben der Metasuche in freien Online-Katalogen und Datenbanken ein Nachweisinstrument für elektronische Ressourcen, die von den Bibliotheken Berlin-Brandenburgs lizenziert sind und darüber hinaus diejenigen, die frei zugänglich sowie wissenschaftlich relevant sind. Die Erschließung der freien Ressourcen übernimmt eine kooperative Fachredaktion, die sich aus FachreferentInnen und -lektorInnen aus der Region rekrutiert. Dabei übernimmt jede beteiligte Person die Betreuung einer oder mehrerer Fachgruppen der Dewey Decimal-Classification (DDC) eigenverantwortlich. Die Aufgabe aller FachredakteurInnen besteht in der inhaltlichen Beschreibung, der Klassifizierung, der Vergabe von Schlagworten und der regelmäßigen Reevaluation der einzelnen Ressourcen. Die KOBV-Zentrale hat hierfür einen Kriterienkatalog entwickelt, der als Grundlage für die Beurteilung von elektronischen Ressourcen dient. Erschlossen werden die Ressourcen schließlich über ein webbasierte Eingabe-Tool, dem Metadata-Tool der KOBV-Zentrale. Über eine Mailingliste wird der Abstimmungsbedarf untereinander gedeckt und Diskussionen geführt, die das Projekt weiterführen sollen. Der Artikel beschreibt das Konzept der kooperativen Fachredaktion für freie Ressourcen, die Vorgänge und die Arbeiten, die für die Initiierung notwendig waren.

Description: We present a new algorithm for fairing of space curves with respect spatial constraints based on a vector valued curvature function. Smoothing with the vector valued curvature function is superior to standard Frenet techniques since the individual scalar components can be modeled similar to curvature-based curve smoothing techniques in 2d. This paper describes a curve smoothing flow that satisfies strict spatial constraints and allows simultaneous control of both curvature functions.

Description: Scattering problems in integrated optics can be modeled in simple cases by the Helmholtz equation. The computational domain is truncated by a non-reflecting boundary condition. We investigate Schwarz algorithms with a sort of DtN operator, realized by the PML-method, at the interfaces of the sub-domains as an iterative solver.

Description: Adaptive numerical methods in space and time are introduced and studied for multiscale cardiac reaction-diffusion models in three dimensions. The evolution of a complete heartbeat, from the excitation to the recovery phase, is simulated with both the anisotropic Bidomain and Monodomain models, coupled with either a variant of the simple FitzHugh-Nagumo model or the more complex phase-I Luo-Rudy ionic model. The simulations are performed with the {\sc kardos} library, that employs adaptive finite elements in space and adaptive linearly implicit methods in time. The numerical results show that this adaptive method successfully solves these complex cardiac reaction-diffusion models on three-dimensional domains of moderate sizes. By automatically adapting the spatial meshes and time steps to the proper scales in each phase of the heartbeat, the method accurately resolves the evolution of the intra- and extra-cellular potentials, gating variables and ion concentrations during the excitation, plateau and recovery phases.

Description: Mathematical decision support for operative planning in water supply systems is highly desirable but leads to very difficult optimization problems. We propose a nonlinear programming approach that yields practically satisfactory operating schedules in acceptable computing time even for large networks. Based on a carefully designed model supporting gradient-based optimization algorithms, this approach employs a special initialization strategy for convergence acceleration, special minimum up and down time constraints together with pump aggregation to handle switching decisions, and several network reduction techniques for further speed-up. Results for selected application scenarios at Berliner Wasserbetriebe demonstrate the success of the approach.

Description: The theory of hierarchical Boolean satisfiability (SAT) solving proposed in this paper is based on a strict axiomatic system and introduces a new important notion of implicativity. The theory makes evident that increasing implicativity is the core of SAT-solving. We provide a theoretical basis for increasing the implicativity of a given SAT instance and for organizing SAT-solving in a hierarchical way. The theory opens a new domain of research: SAT-model construction. Now quite different mathematical models can be used within practical SAT-solvers. The theory covers many advanced techniques such as circuit-oriented SAT-solving, mixed BDD/CNF SAT-solving, merging gates, using pseudo-Boolean constraints, using state machines for representation of Boolean functions, arithmetic reasoning, and managing don t cares. We believe that hierarchical SAT-solving is a cardinal direction of research in practical SAT-solving.

Description: The \emph{fare planning problem} for public transport is to design a system of fares that maximize the revenue. We introduce a nonlinear optimization model to approach this problem. It is based on a d iscrete choice logit model that expresses demand as a function of the fares. We illustrate our approach by computing and comparing two different fare systems for the intercity network of the Netherlands.

Description: The line planning problem is one of the fundamental problems in strategic planning of public and rail transport. It consists in finding lines and corresponding frequencies in a network such that a giv en demand can be satisfied. There are two objectives. Passengers want to minimize travel times, the transport company wishes to minimize operating costs. We investigate three variants of a multi-commo dity flow model for line planning that differ with respect to passenger routings. The first model allows arbitrary routings, the second only unsplittable routings, and the third only shortest path rou tings with respect to the network. We compare these models theoretically and computationally on data for the city of Potsdam.

Description: \documentclass[12pt]{article} \usepackage{german} \parindent=0pt \begin{document} Im KOBV wird für die Online-Fernleihe der Zentrale-Fernleihserver (ZFL-Server) der Firma Sisis eingesetzt. Die Software ist in der KOBV-Zentrale installiert. Der ZFL-Server dient im KOBV sowohl für die Bestellung von Monographien als auch für die Bestellung von Aufsatzkopien aus Zeitschriften. Prinzipiell gibt es zwei Verfahren, mit denen sich Bibliotheken an der Online-Fernleihe beteiligen können: das E-Mail-Verfahren und das SLNP-Verfahren. Auf beide wird im Handbuch eingegangen. Die Online-Fernleihe wurde im KOBV eingeführt, um die Fernleihe für die Benutzer zu beschleunigen, das Verfahren für die Bibliotheksmitarbeiter zu vereinfachen und den Arbeitsaufwand zu reduzieren. Sie basiert darauf, dass eine Bestellung anhand eines gefundenen Treffers ausgelöst wird - d.h. die bibliographischen Daten sind bereits verifiziert und in einem Katalog nachgewiesen. Anschlie\"send werden die Fernleihbestellungen über den ZFL-Server automatisch ausgeführt und verwaltet - sowohl in der regionalen KOBV-Fernleihe als auch in der verbundübergreifenden Fernleihe mit den deutschen Bibliotheksverbünden. Der ZFL-Server besteht aus verschiedenen technischen Komponenten. Eine dieser Komponenten ist das Bibliothekskonto, eine Internetanwendung, in der die Bestellverwaltung des ZFL-Servers im Internet für die Bibliotheksbediensteten transparent gemacht wird. Sowohl für die aktive als auch für die passive Fernleihe ist im Bibliothekskonto der Status der Bearbeitung zu jedem Zeitpunkt ersichtlich, z.B. in welcher Bibliothek sich die Bestellung gerade befindet, wann sie dort eingegangen ist und wann sie weggeschickt wurde, ob mit positivem oder negativem Ergebnis. Das Bibliothekskonto ist damit für die Bibliothek ein komfortables Instrument zum Überwachen der Fernleihbestellungen, in dem sie zudem - falls notwendig - in den Bestellvorgang eingreifen kann. Dazu hat jede Bibliothek im Bibliothekskonto eine eigene, Passwort-geschützte Dienstoberfläche. Das vorliegende Handbuch beschreibt die Vorgänge der Bestellverwaltung im Bibliothekskonto. Es richtet sich an Bibliotheksmitarbeiter, die sich mit den einzelnen Arbeitsschritten der Online-Fernleihe vertraut machen wollen. Darüber hinaus ist es zum Nachschlagen gedacht, wenn sich in der täglichen Arbeit Unklarheiten ergeben. \end{document}

Description: The Feasibility Pump of Fischetti, Glover, Lodi, and Bertacco has proved to be a very successful heuristic for finding feasible solutions of mixed integer programs. The quality of the solutions in terms of the objective value, however, tends to be poor. This paper proposes a slight modification of the algorithm in order to find better solutions. Extensive computational results show the success of this variant: in 89 out of 121 MIP instances the modified version produces improved solutions in comparison to the original Feasibility Pump.

Description: In this letter we report on a numerical investigation of the Aoki phase in the case of finite temperature which continues our former study at zero temperature. We have performed simulations with Wilson fermions at $\beta=4.6$ using lattices with temporal extension $N_{\tau}=4$. In contrast to the zero temperature case, the existence of an Aoki phase can be confirmed for a small range in $\kappa$ at $\beta=4.6$, however, shifted slightly to lower $\kappa$. Despite fine-tuning $\kappa$ we could not separate the thermal transition line from the Aoki phase.

Description: The dynamics of pressurized water distribution networks are naturally modeled by differential algebraic equations (DAE). This paper investigates fundamental structural properties of such a DAE model under weak regularity assumptions. The usual partial derivative-based index-1 condition is shown to be necessary and sufficient for several index concepts, as well as sufficient for solvability in a strong sense. Using the physical properties of nonlinear network elements and the inherent saddle point structure of network hydraulics, we then derive purely topological index criteria based on the network graph and the choice of control variables. Several examples illustrate the theoretical results and explore different non-index-1 situations. A brief discussion of the implications for operative planning by discrete time DAE boundary value problems concludes the paper.

Description: Using the popular puzzle game of Sudoku, this article highlights some of the ideas and topics covered in ZR-04-58.

Description: Perfect graphs constitute a well-studied graph class with a rich structure, reflected by many characterizations with respect to different concepts. Perfect graphs are, for instance, precisely those graphs $G$ where the stable set polytope $STAB(G)$ coincides with the fractional stable set polytope $QSTAB(G)$. For all imperfect graphs $G$ it holds that $STAB(G) \subset QSTAB(G)$. It is, therefore, natural to use the difference between the two polytopes in order to decide how far an imperfect graph is away from being perfect; we discuss three different concepts, involving the facet set of $STAB( G)$, the disjunctive index of $QSTAB(G)$, and the dilation ratio of the two polytopes. Including only certain types of facets for $STAB(G)$, we obtain graphs that are in some sense close to perfect graphs, for example minimally immperfect graphs, and certain other classes of so-called rank-perfect graphs. The imperfection ratio has been introduced by (Gerke and McDiarmid, 2001) as the dilation ratio of $STAB(G)$ and $QSTAB(G)$, whereas (Aguilera et al., 2003) suggest to take the disjunctive index of $Q STAB(G)$ as the imperfection index of $G$. For both invariants there exist no general upper bounds, but there are bounds known for the imperfection ratio of several graph classes (Coulonges et al. 2005, Gerke and McDiarmid, 2001). Outgoing from a graph-theoretical interpretation of the imperfection index, we conclude that the imperfection index is NP-hard to compute and we prove that there exists no upper bound on the imperfect ion index for those graph classes with a known bounded imperfection ratio. Comparing the two invariants on those classes, it seems that the imperfection index measures imperfection much more roughly than the imperfection ratio; therefoe, discuss possible directions for refinements.

Description: Many online problems encountered in real-life involve a two-stage decision process: upon arrival of a new request, an irrevocable first-stage decision (the assignment of a specific resource to the request) must be made immediately, while in a second stage process, certain ``subinstances'' (that is, the instances of all requests assigned to a particular resource) can be solved to optimality (offline) later. We introduce the novel concept of an \emph{Online Target Date Assignment Problem} (\textsc{OnlineTDAP}) as a general framework for online problems with this nature. Requests for the \textsc{OnlineTDAP} become known at certain dates. An online algorithm has to assign a target date to each request, specifying on which date the request should be processed (e.\,g., an appointment with a customer for a washing machine repair). The cost at a target date is given by the \emph{downstream cost}, the optimal cost of processing all requests at that date w.\,r.\,t.\ some fixed downstream offline optimization problem (e.\,g., the cost of an optimal dispatch for service technicians). We provide general competitive algorithms for the \textsc{OnlineTDAP} independently of the particular downstream problem, when the overall objective is to minimize either the sum or the maximum of all downstream costs. As the first basic examples, we analyze the competitive ratios of our algorithms for the par ticular academic downstream problems of bin-packing, nonpreemptive scheduling on identical parallel machines, and routing a traveling salesman.

Description: Inhalt dieser Diplomarbeit ist ein Beleuchtungs- und Visualisierungsmodell für Pflanzen im interaktiven Landschaftsrendering. Ziel ist die qualitativ hochwertige Darstellung von einzelnen Individuen nahe des Betrachters, der seine Position in einer ansonsten statischen Szene frei wählen kann. Um dies zu erreichen wird zunächst vorgestellt, wie ausgehend von einfachen 3D-Modellen und Materialien ein physikalisch basiertes Reflexionsmodell parametrisiert werden kann. Grund hierfür ist der oftmals vorhandene umfangreiche Datenbestand, der auf die OpenGL-Materialien oder ähnliche Shader optimiert ist. Anschließend wird gezeigt, wie die Echtzeit-Renderingtechniken Shadow Mapping und Precomputed Radiance Transfer kombiniert werden können, um sowohl exakte hochfrequente direkte Beleuchtung als auch niederfrequentes indirektes Streulicht zu berücksichtigen. Diese Kombination wird an Hand der Pfad-Notation des Monte-Carlo-Path-Tracing eingeführt und begründet.

Description: Die hierarchische Organisation von Dateien beherrscht Computersysteme seit vielen Jahren und wird sich vermutlich auch in Zukunft weiterhin durchsetzen. Dennoch stößt diese Verwaltungsmethode in einem klassischen hierarchischen Dateisystem bei dem jährlichen rasanten Zuwachs an neuen Daten an ihre Grenzen, auch wenn Nutzer eine ausgefeilte Verzeichnisstruktur mit einer disziplinierten Namensgebung konsequent auf- und ausbauen. Um den Überblick über die Dateien zu behalten, werden in dieser Arbeit neue Verwaltungsmethoden vorgestellt und in die hierarchische Dateisystemsicht eingebettet. Auf der Basis des hierarchischen Dateisystems bietet ein metadatenbasiertes Dateisystem neben dem hierarchischen Zugriff noch einen flexiblen, assoziativen Zugriff auf Dateien über virtuelle Objekte, indem Suchmethoden in Form einer Anfrage auf in einer Datenbank gespeicherte Index- und Metadaten angewendet werden. Das Ergebnis dieser Abfrage wird mit Hilfe von virtuellen Verzeichnissen und virtuellen Dateien in einer übersichtlichen Form dargestellt, so dass eine Nutzung der hierarchischen Sicht weiterhin intuitiv fortgesetzt wird. Das Datenmanagementsystem ZIBDMS, welches einen verteilten Metadatenkatalog und einen Dateireplikationskatalog beinhaltet, ermöglicht es, die oben genannten Verwaltungsmethoden für die NFS-Schnittstelle, CORBA-Middleware und Web Services transparent zu implementieren. Zudem stellt ZIBDMS weitere neue Dateiverwaltungsmethoden zur Verfügung, die sich in die hierarchische Dateisystemsicht integrieren lassen. Metadaten in Form von Attribut-Wert-Paaren lassen sich als virtuelle Datei darstellen und editieren. Eine Collection bietet die Möglichkeit, Dateien in einem logischen virtuellen Ordner zu organisieren. Mit einem Dependency-Graph lassen sich Dateien zueinander in Relation stellen, so dass eine Linkstruktur zwischen Dateien ausgedrückt werden kann. Das Verweiskonzept eines klassischen hierarchischen Dateisystems wird im ZIBDMS um eine neue Verweisart Weak-Link erweitert, um einen aktualisierbaren, konsistenten und zyklenfreien symbolischen Link anzubieten. In einer hierarchischen Sicht lässt sich durch Verweise ein Baum bilden, in dem eine Navigation und Verweisauflistung möglich sind, was außer ZIBDMS noch kein anderes System bietet.

Description: The hierarchical organization of files has dominated computer systems for many years and this will probably not change in the near future. However, with the rapid annual growth of new data this classical hierarchical file system management method reaches its limitations, even when the user consistently sets up and continually expands an elaborated directory structure with well-disciplined naming. This paper introduces new management methods to maintain an overview of all files which can be embedded in the hierarchical file system. A metadata-based file system, which is based on the hierarchical file system, offers, in addition to hierarchical access, a more flexible and associative access to files via virtual objects by providing query capabilities of index- and metadata which are stored in a database. The query results are presented in a clearly-arranged form of virtual directories and virtual files so that the intuitive hierarchical view continues to be maintained. The data management system ZIBDMS, which contains a distributed metadata catalog and a file replication catalog, permits a transparent implementation of these management methods for the NFS interface, CORBA-middleware or web services. Furthermore, ZIBDMS provides other new file management methods that can be integrated into the hierarchical file system view. Metadata in form of attribute-value-pairs can be presented and edited with a virtual file. A Collection makes it possible to organize files in logical virtual folders. Using a Dependency graph, files can be related to each other and expressed through a link structure between these files. In the ZIBDMS the reference concept of a classical hierarchal file system is extended with a new kind of reference called Weak Link in order to provide up-to-date, consistent and cycle-free symbolic links. With the references a tree can be established in a hierarchical view in which navigation and listing of references are possible; this capability is only possible in the ZIBDMS system.

Description: Die hierarchische Organisation von Dateien beherrscht Computersysteme seit vielen Jahren und wird sich vermutlich auch in Zukunft weiterhin durchsetzen. Dennoch stößt diese Verwaltungsmethode in einem klassischen hierarchischen Dateisystem bei dem jährlichen rasanten Zuwachs an neuen Daten an ihre Grenzen, auch wenn Nutzer eine ausgefeilte Verzeichnisstruktur mit einer disziplinierten Namensgebung konsequent auf- und ausbauen. Um den Überblick über die Dateien zu behalten, werden in dieser Arbeit neue Verwaltungsmethoden vorgestellt und in die hierarchische Dateisystemsicht eingebettet. Auf der Basis des hierarchischen Dateisystems bietet ein metadatenbasiertes Dateisystem neben dem hierarchischen Zugriff noch einen flexiblen, assoziativen Zugriff auf Dateien über virtuelle Objekte, indem Suchmethoden in Form einer Anfrage auf in einer Datenbank gespeicherte Index- und Metadaten angewendet werden. Das Ergebnis dieser Abfrage wird mit Hilfe von virtuellen Verzeichnissen und virtuellen Dateien in einer übersichtlichen Form dargestellt, so dass eine Nutzung der hierarchischen Sicht weiterhin intuitiv fortgesetzt wird. Das Datenmanagementsystem ZIBDMS, welches einen verteilten Metadatenkatalog und einen Dateireplikationskatalog beinhaltet, ermöglicht es, die oben genannten Verwaltungsmethoden für die NFS-Schnittstelle, CORBA-Middleware und Web Services transparent zu implementieren. Zudem stellt ZIBDMS weitere neue Dateiverwaltungsmethoden zur Verfügung, die sich in die hierarchische Dateisystemsicht integrieren lassen. Metadaten in Form von Attribut-Wert-Paaren lassen sich als virtuelle Datei darstellen und editieren. Eine Collection bietet die Möglichkeit, Dateien in einem logischen virtuellen Ordner zu organisieren. Mit einem Dependency-Graph lassen sich Dateien zueinander in Relation stellen, so dass eine Linkstruktur zwischen Dateien ausgedrückt werden kann. Das Verweiskonzept eines klassischen hierarchischen Dateisystems wird im ZIBDMS um eine neue Verweisart Weak-Link erweitert, um einen aktualisierbaren, konsistenten und zyklenfreien symbolischen Link anzubieten. In einer hierarchischen Sicht lässt sich durch Verweise ein Baum bilden, in dem eine Navigation und Verweisauflistung möglich sind, was außer ZIBDMS noch kein anderes System bietet.

Description: The hierarchical organization of files has dominated computer systems for many years and this will probably not change in the near future. However, with the rapid annual growth of new data this classical hierarchical file system management method reaches its limitations, even when the user consistently sets up and continually expands an elaborated directory structure with well-disciplined naming. This paper introduces new management methods to maintain an overview of all files which can be embedded in the hierarchical file system. A metadata-based file system, which is based on the hierarchical file system, offers, in addition to hierarchical access, a more flexible and associative access to files via virtual objects by providing query capabilities of index- and metadata which are stored in a database. The query results are presented in a clearly-arranged form of virtual directories and virtual files so that the intuitive hierarchical view continues to be maintained. The data management system ZIBDMS, which contains a distributed metadata catalog and a file replication catalog, permits a transparent implementation of these management methods for the NFS interface, CORBA-middleware or web services. Furthermore, ZIBDMS provides other new file management methods that can be integrated into the hierarchical file system view. Metadata in form of attribute-value-pairs can be presented and edited with a virtual file. A Collection makes it possible to organize files in logical virtual folders. Using a Dependency graph, files can be related to each other and expressed through a link structure between these files. In the ZIBDMS the reference concept of a classical hierarchal file system is extended with a new kind of reference called Weak Link in order to provide up-to-date, consistent and cycle-free symbolic links. With the references a tree can be established in a hierarchical view in which navigation and listing of references are possible; this capability is only possible in the ZIBDMS system.

Description: The paper discusses the approximation of scattered data on the sphere which is one of the major tasks in geomathematics. Starting from the discretization of singular integrals on the sphere the authors devise a simple approximation method that employs locally supported spherical polynomials and does not require equidistributed grids. It is the basis for a hierarchical approximation algorithm using differently scaled basis functions, adaptivity and error control. The method is applied to two examples one of which is a digital terrain model of Australia.

Description: In this article we present new results for families of orthogonal polynomials and special functions, that are determined by algorithmical approaches. In the first section, we present new results, especially for discrete families of orthogonal polynomials, obtained by an application of the celebrated Zeilberger algorithm. Next, we present algorithms for holonomic families $f(n,x)$ of special functions which possess a derivative rule. We call those families {\sl admissible}. A family $f(n,x)$ is holonomic if it satisfies a holonomic recurrence equation with respect to $n$, and a holonomic differential equation with respect to $x$, i.\ e. linear homogeneous equations with polynomial coefficients. The rather rigid property of admissibility has many interesting consequences, that can be used to generate and verify identities for these functions by linear algebra techniques. On the other hand, many families of special functions, in particular families of orthogonal polynomials, are admissible. We moreover present a method that generates the derivative rule from the holonomic representation of a holonomic family. % whenever one exists. As examples, we find new identities for the Jacobi polynomials and for the Whittaker functions, and for families of discrete orthogonal polynomials by the given approach. Finally, we present representations for the parameter derivatives of the Gegenbauer and the generalized Laguerre polynomials.

Description: In this paper the programs {\tt APPLYSYM}, {\tt QUASILINPDE} and {\tt DETRAFO} are described which aim at the utilization of infinitesimal symmetries of differential equations. The purpose of {\tt QUASILINPDE} is the general solution of quasilinear PDEs. This procedure is used by {\tt APPLYSYM} for the application of point symmetries for either \begin{itemize} \item calculating similarity variables to perform a point transformation which lowers the order of an ODE or effectively reduces the number of explicitly occuring independent variables in a PDE(-system) or for \item generalizing given special solutions of ODEs/PDEs with new constant parameters. \end{itemize} The program {\tt DETRAFO} performs arbitrary point- and contact transformations of ODEs/PDEs and is applied if similarity and symmetry variables have been found. The program {\tt APPLYSYM} is used in connection with the program {\tt LIEPDE} for formulating and solving the conditions for point- and contact symmetries which is described in LIEPDE(1992). The actual problem solving is done in all these programs through a call to the package {\tt CRACK} for solving overdetermined PDE-systems.

Description: Die Business Unit PC in Augsburg ist die zentrale Produktionsstätte der Siemens--Nixdorf Informationssysteme (SNI) AG für Personal Computer sowie für einige Periphärgeräte. Das Werk, entworfen nach modernen CIM/CAI--Konzepten (Computer Integrated Manufacturing/ Computer Aided Industry), wurde 1987 errichtet. Bald zeigte sich jedoch, daß es für ein zu geringes Produktionsvolumen ausgelegt war und einige Komponenten des Systems Engpässe im Produktionsbetrieb darstellen. Das Management suchte nach Möglichkeiten, den Produktionsfluß zu verbessern, ohne teure technische Änderungen am System vornehmen zu müssen. Eine Forschungsgruppe des Konrad--Zuse--Zentrums für Informationstechnik (die ehemals an der Universität Augsburg ansässig war) analysierte, unterstützt von einigen Studenten und Ingenieuren der SNI, den Produktionsfluß und lokalisierte Schwachstellen. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurden mathematische Fragestellungen erarbeitet und auf mathematischen Optimierungsverfahren basierende Softwarepakete entwickelt, die jetzt teilweise bei SNI im Einsatz sind. Im folgenden werden einige dieser Fragestellungen, deren Modellierung und mathematische Behandlung beschrieben. Einige der Ansätze, die hier dargestellt werden sollen, sind teilweise schon in Grötschel [Grö92] angesprochen worden.

Description: Spiral-like patterns are an often observed phenomenon in chemical experiments such as the Belousov-Zhabotinskii reaction. The talk is concerned with a new PDE model whose solutions have the form of rotating spirals. In contrast to previous approaches it is based on a {\em scalar\/} reaction diffusion equation defined on a disk. A particular choice of boundary conditions leads to a non-selfadjoint operator which permits non-trivial dynamics. We study this equation using a combination of equivariant bifurcation theory and numerical simulations. The latter involves the direct simulation of the time dependent system as well as the computation of rotating waves and their stability.

Description: In this paper we develop a method for the simulation of wave propagation on artificially bounded domains. The acoustic wave equation is solved at all points away from the boundaries by a pseudospectral Chebychev method. Absorption at the boundaries is obtained by applying one-way wave equations at the boundaries, without the use of damping layers. The theoretical reflection coefficient for the method is compared to theoretical estimates of reflection coefficients for a Fourier model of the problem. These estimates are confirmed by numerical results. Modification of the method by a transformation of the grid to allow for better resolution at the center of the grid reduces the maximum eigenvalues of the differential operator. Consequently, for stability the maximum timestep is $O(1/N)$ as compared to $O(1/N^2)$ for the standard Chebychev method. Therefore, the Chebychev method can be implemented with efficiency comparable to that of the Fourier method. Moreover, numerical results presented demonstrate the superior performance of the new method.

Description: {\def\xnew{x^{\mbox{\tiny new}}}\def\Z{{{\rm Z}\!\! Z}}For every fixed set ${\cal F}\subseteq\{0,1\}^n$ the following problems are strongly polynomial time equivalent: given a feasible point $x\in\cal F$ and a linear objective function $c\in\Z^n$, \begin{itemize} \item find a feasible point $x^*\in\cal F$ that maximizes $cx$ (Optimization), \item find a feasible point $\xnew\in\cal F$ with $c\xnew〉cx$ (Augmentation), and \item find a feasible point $\xnew\in\cal F$ with $c\xnew〉cx$ such that $\xnew-x$ is ``irreducible''\\(Irreducible Augmentation). \end{itemize} This generalizes results and techniques that are well known for $0/1$--integer programming problems that arise from various classes of combinatorial optimization problems.}

Description: In the recent years symmetric chaos has been studied intensively. One knows which symmetries are admissible as the symmetry of an attractor and which transitions are possible. The numeric has been developed using equivariant functions for detection of symmetry and augmented systems for determination of transition points. In this paper we look at this from a sophisticated group theoretic point of view and from the view of scientific computing, i.e. efficient evaluation of detectives is an important point. The constructed detectives are based on Young's seminormal form for $S_n$. An application completes the paper.

Description: Orthogonal polynomials %like the Chebyshev polynomials can be calculated by computation of determinants, by the use of generating functions, in terms of Rodrigues formulas, by iterating recurrence equations, calculating the polynomial solutions of differential equations, through closed form representations and by other means. In this article, we give an overview about the efficiency of the above methods in Maple, Mathematica, and REDUCE. As a noncommercial package we include the MuPAD system.

Description: Many physical systems exhibit rapid motion coupled to a slowly varying motion. Often the rapid motion is associated with a stiff contribution in the potential energy function. In this context, the situation typically considered in the literature is the one with a strictly convex potential. Under some technical assumptions, one can then show that the slow motion is reproduced by a properly constrained system. In this paper we are concerned with a different situation: Often different time-scales can be found because of many local minima and barrier crossing between these minima. We suggest here to replace the detailed motion in the minima and the local barrier crossings by a statistical model which is then coupled to the slow equations of motion over long periods of time. This leads to Langevin type equations of motion subject to an appropriate time transformation.

Description: This paper presents some connections between test sets and valid inequalities of integer programs. The reason for establishing such relationships is the hope that information (even partial) on one of these objects can be used to get information on the other and vice versa. We approach this study from two directions: On the one hand we examine the geometric process by which the secondary polytope associated with a matrix $A$ transforms to the state polytope as we pass from linear programs that have $A$ as coefficient matrix to the associated integer programs. The second direction establishes the notion of classes of augmentation vectors parallel to the well known concept of classes of facet defining inequalities for integer programs. We show how certain inequalities for integer programs can be derived from test sets for these programs.

Description: This paper presents an explicit and symplectic integrator called PICKABACK for quantum-classical molecular dynamics. This integration scheme is time reversible and unitary in the quantum part. We use the Lie formalism in order to construct a formal evolution operator which then is split using the Strang splitting yielding the symplectic discretization PICHABACK. Finally the new method is compared with a hybrid method in application to two examples: a collinear collision with a quantum oscillator and additionally a photodissociation process of a collinear ArHCI-molecule.

Description: This paper makes use of statistical mechanics in order to construct effective potentials for Molecular Dynamics for systems with nonstationary thermal embedding. The usual approach requires the computation of a statistical ensemble of trajectories. In the context of the new model the evaluation of only one single trajectory is sufficient for the determination of all interesting quantities, which leads to an enormous reduction of computational effort. This single trajectory is the solution to a corrected Hamiltonian system with a new potential $\tilde{V}$. It turns out that $\tilde{V}$ can be defined as spatial average of the original potential $V$. Therefore, the Hamiltonian dynamics defined by $\tilde{V}$ is smoother than that effected by $V$, i.e. a numerical integration of its evolution in time allows larger stepsizes. Thus, the presented approach introduces a Molecular Dynamics with smoothed trajectories originating from spatial averaging. This is deeply connected to time--averaging in Molecular Dynamics. These two types of {\em smoothed Molecular Dynamics} share advantages (gain in efficiency, reduction of error amplification, increased stability) and problems (necessity of closing relations and adaptive control schemes) which will be explained in detail.

Description: Based on the concept of free energy, we give a Hamiltonian formulation for the torsion dynamics of macromolecules. The appropriate reaction coordinates for the free energy calculations are defined in terms of soft constraints as introduced in Brooks, B.R., Zhou, J., and Reich, S., Elastic molecular dynamics with flexible constraints, in preparation and Reich, S., Smoothed Dynamics of Highly Oscillatory Hamiltonian Systems, Physica D, to appear, 1995. We consider a few simplifications that allow one to calculate the free energy analytically and to write the corresponding equations of motion as a constrained Hamiltonian system. We also discuss a possible stochastic embedding of the reduced dynamics by means of a generalized Langevin approach.

Description: Integer stochastic linear programming is considered from the viewpoint of discontinuous optimization. After reviewing solution approaches via mollifier subgradients and decomposition we outline how to base a solution method on efficient pointwise calculation of the objective employing computer algebra.

Description: A set of adaptive algorithms for quadrature on multi-dimensional polyhedral domains is presented. Several kinds of refinement are discussed, covering local improvement of quadrature order and splitting the domain into sub-domains, resulting in isotropic, graded or anisotropic grids. The algorithms are pure local heuristics using no a priori knowledge or tuning parameters. This approach was motivated by results from finite element theory for optimal approximation results. Numerical experiments show the optimality of pure local greedy-like algorithms for singularity-type functions typically occurring in finite element computations.

Description: The first part of the report contains a lecture presented at ``Scientific Computing in der Theoretischen Physik'', a workshop organized by the DMV-Fachgruppe Scientific Computing in cooperation with the GAMM-Fachauschuß Scientific Computing at Freie Universit{ä}t Berlin in March 1994. To complete this lecture, a slightly modified version of TR 93-12 is appended.

Description: International Workshop with support of the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) and Max-Planck-Gesellschaft (MPG) Berlin (Dahlem), Germany, May 30 - June 2, 1995

Description: In this report, we present a collection of new REDUCE packages that recently have been developed. These are the packages {\tt FPS}, {\tt ZTRANS}, {\tt RESIDUE} and {\tt TRIGSIMP} on the following topics: \begin{itemize} \item[] FPS Calculation of differential equations and formal power series representations, in particular for orthogonal polynomials and special functions of the hypergeometric type. \item[] ZTRANS Calculation of the Z-Transformation and its inverse. % to be used for the solution of linear recurrence equations. \item[] RESIDUE Calculation of residues of meromorphic functions. \item[] TRIGSIMP Simplification of expressions involving trigonometric and hyperbolic functions. \end{itemize} % These packages can be obtained via anonymous {\tt ftp} from % {\tt } in the directories {\tt ..}, ) For each of these packages, a description in form of a \LaTeX\ file is distributed together with the package. These documentations are collected here. In a final chapter, we show how to solve some difficult problems with these packages, and how they usefully can be combined.

Description: Durch extrem steigende Preise für traditionelle wissenschaftliche Zeitschriften bei gleichzeitiger Stagnation der Bibliotheksetats an den Hochschulen und bei weltweit weiterhin anwachsenden Forschungsleistungen ist die adäquate Versorgung der Wissenschaften mit relevanter Literatur gefährdet. Dokumentenliefersysteme werden vielerorts als Lösung dieser ``Bibliothekskrise'' propagiert. Dieser Weg ist für den derzeitigen Literaturversorgungsmarkt sinnvoll, aber er bietet keine langfristig stabile Lösung. Wenn die Grundversorgung der Bibliotheken weiter schrumpft, wird Dokumentenlieferung in der zur Zeit üblichen bzw. geplanten Form die Kosten nur noch zusätzlich in die Höhe treiben. Wir plädieren in diesem Aufsatz für einen grundsätzlich neuen Ansatz. Wir sind der Meinung, da\ss{} einzig der Übergang auf elektronische Medien eine bezahlbare, umfassende und benutzerfreundliche Versorgung der Wissenschaftler mit Literatur sichern kann. Wir zeigen -- unter anderem anhand elektronischer Zeitschriften -- wie zum Beispiel durch Kooperation von Bibliotheken mit Fachbereichen und wissenschaftlichen Gesellschaften neue Wege der Informationsversorgung beschritten werden können. Dieser Vorschlag einer neuen Organisation des wissenschaftlichen Publikationswesen erfordert Umdenken in vielen Bereichen. Neue Organisationsformen sind erforderlich, Rechte müssen anders verteilt, Aufgaben auf andere Schultern geladen werden. Die Bibliotheken werden besonders betroffen sein. Aber für sie ist die konsequente Nutzung der sich rasch ausbreitenden Informationstechnik (darunter verstehen wir u. a. globale elektronische Netze, leistungsfähige Rechner, kostengünstige Speichermedien, benutzerfreundliche Such- und Retrieval-Systeme, Entwicklung weltweit akzeptierter Datenformate) eine wirkliche und möglicherweise die einzige Chance, ihrem Auftrag zur umfassenden Versorgung der Wissenschaften mit Literatur zu gesamtwirtschaftlich niedrigen Kosten weiterhin nachzukommen. Au\ss{}erdem bietet die Bereitstellung und Archivierung wissenschaftlicher Literatur auf elektronischem Wege bedeutende Vorteile gegenüber der traditionellen Dokumentation auf Papier, die im übrigen, falls erwünscht, weiterhin betrieben werden kann.

Description: Seit 1991 verfolgt die Berliner Wissenschaft verstärkt das Ziel, ihre Einrichtungen untereinander breitbandig mit Transferraten oberhalb von 34 Mb/s in Glasfasertechnik zu vernetzen. Im ersten Halbjahr 1995 ist es gelungen, die erste Stufe des Berliner Breitbandnetzes für die Wissenschaft ({\it Berlin Research Area Information Network - BRAIN}) aufzubauen. Dieser Bericht beschreibt die verschiedenen Phasen der Vernetzung der Wissenschaftseinrichtungen Berlins von den Anfängen im Jahre 1975 über die Planungen zum Breitbandnetz ab 1991 und die Realisierungsschritte durch die erfolgreiche Zusammenarbeit mit dem Landesamt für Informationstechnik Berlin (LIT) insbesondere bei der Verwendung von Glasfaserleitungen des Landes. Weiterhin werden der Aufbau des Berlin Regional Testbed in seiner Realisierung einschliesslich seiner Anwendungsprojekte mit Stand Juni 1995 und sodann die Pläne der Berliner Wissenschaftseinrichtungen für die zukünftige breitbandige Vernetzung einer Vielzahl von Standorten als allumfassendes Berlin Research Area Information Network dargestellt.

Description: KASKADE 3.0 was developed for the solution of partial differential equations in one, two, or three space dimensions. Its object-oriented implementation concept is based on the programming language C++$\,$.~Adaptive finite element techniques are employed to provide solution procedures of optimal computational complexity. This implies a posteriori error estimation, local mesh refinement and multilevel preconditioning. The program was designed both as a platform for further developments of adaptive multilevel codes and as a tool to tackle practical problems. Up to now we have implemented scalar problem types like stationary or transient heat conduction. The latter one is solved with the Rothe method, enabling adaptivity both in space and time. Some nonlinear phenomena like obstacle problems or two-phase Stefan problems are incorporated as well. Extensions to vector-valued functions and complex arithmetic are provided. %Such free boundary problems ... We have implemented several iterative solvers for both symmetric and unsymmetric systems together with multiplicative and additive multilevel preconditioners. Systems arising from the nonlinear problems can be solved with lately developed monotone multigrid methods. %An object-oriented concept was chosen for KASKADE~3.0, based on the programming %language C++$\,$. This should provide the desired extensibilty and clearly %reflect the structure of the code. %A direct sparse matrix solver (Harwell MA28) is included.

Description: Die vorliegende Arbeit ist die (z.T.~wesentlich) erweiterte Fassung eines Vortrages auf dem Deutschen Dokumentartag im September 1995 an der Fachhochschule Potsdam. Unser Ziel ist eine Bestandsaufnahme der gegenwärtigen Entwicklungen auf dem Gebiet der elektronischen Information und Kommunikation. Wir diskutieren Chancen und Risiken, beleuchten gesellschaftliche Rahmenbedingungen - vor allem im Vergleich mit den Vereinigten Staaten von Amerika - und skizzieren Aufgaben im Bereich von Forschung, Staat und Wirtschaft, die unserer Meinung nach noch zu bewältigen sind. Wir führen insbesondere in Gebiete ein, die vermutlich in naher Zukunft die Landschaft des Dokumentierens und Archivierens wesentlich verändern werden. Wir benutzen dabei häufig Beispiele und Modellvorstellungen aus der Mathematik, unserem eigenen Fachgebiet, die u.a. zeigen, wie Elemente des Informierens, Dokumentierens und Archivierens durch die neuen Technologien der elektronischen Datenverarbeitung und Kommunikation ineinander flie\"sen. Mehr Leistung kann mit geringeren Kosten erzielt werden. Wir schliessen mit einer Auflistung von neuen Perspektiven und Möglichkeiten zum Handeln in diesem Bereich.

Description: KASKADE 3.x was developed for the solution of partial differential equations in one, two, or three space dimensions. Its object-oriented implementation concept is based on the programming language C++$\,$.~Adaptive finite element techniques are employed to provide solution procedures of optimal computational complexity. This implies a posteriori error estimation, local mesh refinement and multilevel preconditioning. The program was designed both as a platform for further developments of adaptive multilevel codes and as a tool to tackle practical problems. Up to now we have implemented scalar problem types like stationary or transient heat conduction. The latter one is solved with the Rothe method, enabling adaptivity both in space and time. Some nonlinear phenomena like obstacle problems or two-phase Stefan problems are incorporated as well. Extensions to vector-valued functions and complex arithmetic are provided. This report helps to work with KASKADE Especially we \begin{itemize} \setlength{\parskip}{0ex} \item [{\bf --}] study a set of examples, \item [{\bf --}] explain how to define a user's problem and \item [{\bf --}] introduce a graphical user interface. \end{itemize} We are extending this guide continuously. The latest version is available by network.

Description: {\begin{footnotesize} Dieser Artikel beschreibt die ersten Schritte auf dem Wege zu einem Verteilten Informationssystem für die Mathematik, das von der ``Deutschen Mathematiker-Vereinigung'' (DMV) vorbereitet wird. Die Darstellung erfolgt aus zwei unterschiedlichen Perspektiven. Der erste Teil soll vor allem Lesern, die an der Motivation des Vorhabens und den organisatorischen Rahmenbedingungen interessiert sind, einen Zugang zu den zugrundeliegenden technischen Ideen bieten. Er skizziert zunächst die wissenschaftliche Zielsetzung des geplanten Vorhabens. Dann diskutiert er das Verteilte Informationssystem als Kombination aus einem elektronischen Nachrichtensystem (auf der Basis von E-mail), einem globalen Hypertextsystem (das die Informationsangebote der Partner des Projekts miteinander vernetzt) und einer verteilten, objektorientierten Datenbank (mit Interfaces zu den bereits genannten Komponenten). Dieser Teil schliesst mit einer knappen Betrachtung der Verhältnisse (auch der Chancen, Kosten einzusparen), die beim Übergang von traditionellen zu elektronischen Publikationsformen zu erwarten sind. Er führt insbesondere neue Möglichkeiten an, das geplante System auch für Zwecke des ``Zentralblatt für Mathematik'' einzusetzen. Der zweite Teil richtet sich an den eher technisch interessierten Leser. Er diskutiert einen ersten Vorschlag zur Strukturierung der bei den Partnern verteilt vorliegenden Informationsangebote -- vorwiegend aus Nutzersicht, d.h. möglichst unabhängig von den Idiosynkrasien der heute im Internet gegebenen Informationssysteme. Er enthält die technischen Kerngedanken zur Realisierung einer homogenen Informationsinfrastruktur bei den Partnern, die ein verteiltes und gleichzeitig hierachisches Retrieval in den Informationsangeboten der Mathematik in Deutschland ermöglichen soll. Dieser Teil benennt erste Chancen zur Implementierung innerhalb der Hyper-G- und, als Fernziel, auch der WWW-Welt. Er zeigt aber, neben den neuen Möglichkeiten, auch Risiken und Grenzen der Machbarkeit mit heutigen Mitteln auf. Die gesamte Darstellung orientiert sich an den Inhalten der bereits an anderer Stelle ausführlich vorgestellten Teilaufgaben und Teilprojekte und leitet daraus sowohl die vorgeschlagene Informationsstruktur als auch die technischen Mittel ab. Die wissenschaftlichen Inhalte und organisatorischen Ziele des Verteilten Informationssystems wurden in einer breiten (auch elektronisch geführten) Diskussion im Kreise der potentiellen Partner des Projekts ermittelt, insbesondere der Fachinformationsbeauftragten der Mathematik. Eine Anlage stellt eine vergleichende Betrachtung der Kosten auf, die einem mathematischen Fachbereich oder Forschungsinstitut bei der Weitergabe seiner wissenschaftlichen Reports auf Papier bzw. auf elektronischem Wege entstehen. \end{footnotesize}}

Description: Die Arbeit beschreibt Konzept, Struktur und Ausstattung des ZIB. Übergeordnetes Ziel des ZIB ist die Beschleunigung des {\it Know-how Transfers} aus der mathematischen Grundlagenforschung über die Entwicklung von Algorithmen und Software bis hin zur tatsächlichen Nutzung in der Industrie. In der Tat ist Computational Mathematics inzwischen zu einer der wichtigsten {\it Schlüsseltechnologien} geworden, die nicht zuletzt im Zusammenhang mit der Standort-Diskussion eine wichtige Rolle spielt und vermehrt spielen wird. Dazu müssen Methodenentwicklung und Rechenzentrum auf höchstem Niveau sowie interdisziplinäre Forschung möglichst vereint in einer Institution mit enger Anbindung an ein universitäres Umfeld realisiert sein. Das Konrad-Zuse-Zentrum hat die wesentlichen Voraussetzungen als SC Zentrum bereits geschaffen; ein Ausbau zum HPSC Zentrum wäre eine natürliche Entwicklung - falls die Politik diese Chance rechtzeitig begreift!

Description: Line Integral Convolution (LIC) is a powerful technique for generating striking images and animations from vector data. Introduced in 1993, the method has rapidly found many application areas, ranging from computer arts to scientific visualization. Based upon locally filtering an input texture along a curved stream line segment in a vector field, it is able to depict directional information at high spatial resolutions. We present a new method for computing LIC images, which minimizes the total number of stream lines to be computed and thereby reduces computational costs by an order of magnitude compared to the original algorithm. Our methods utilizes fast, error-controlled numerical integrators. Decoupling the characteristic lengths in vector field grid, input texture and output image, it allows to compute filtered images at arbitrary resolution. This feature is of great significance in computer animation as well as in scientific visualization, where it can be used to explore vector data by smoothly enlarging structure of details. We also present methods for improved texture animation, employing constant filter kernels only. To obtain an optimal motion effect, spatial decay of correlation between intensities of distant pixels in the output image has to be controlled. This is achieved by blending different phase shifted box filter animations and by adaptively rescaling the contrast of the output frames.

Description: {\def\N{{\mbox{{\rm I\kern-0.22emN}}}}In this paper we introduce a multivariate grading of the toric ideal associated with the integer program $min \{ cx : Ax = b, x \in \N^n \}$, and a truncated Buchberger algorithm to solve the program. In the case of $max \{ cx : Ax \leq b, x \leq u, x \in \N^n \}$ in which all data are non-negative, this algebraic method gives rise to a combinatorial algorithm presented in UWZ94}.