Projekte

SimLearn

Status: laufend

Beschreibung

Machine Learning (ML) Ansätze auf Basis vorhandener Daten stellen einen effektiven Ansatz dar, Muster und implizite Abhängigkeiten in komplexen Situationen mit einer vielzahl von Parametern zu identifizieren und Klassifikationen und Prognosen zu ermöglichen und auf diese Weise Unterstützung bei Entscheidungen zu bieten. Häufig jedoch sind ausreichend große Datensätze mit korrekt gekennzeichneten Beobachtungen nicht verfügbar.

Basierend auf konkreten Beispielen aus der Agrarwirtschaft untersucht SimLearn die Eignung eines neuen Ansatzes bei dem vorhandenes, in Simulationsmodellen kodifiziertes Wissen mit den iterativ wachsenden Erkenntnissen aus gelernten Modellen kombiniert wird: Umfangreiche Trainingsdatensätze werden mithilfe von Simulationsmodellen generiert. Die Machine Learning Modelle werden dann zunächst mithilfe dieser Datensätze trainiert und anschließend um empirische Daten erweitert und verbessert. Durch diese Kombination können die Lücken, die sich zunächst durch das Fehlen umfangreicher Datensätze ergeben, gefüllt werden was mit einem verbesserten Training des Modell ermöglicht. Das Ergebnis ist ein leistungsfähigeres gelerntes Modell der beobachteten Realität mit größerem Einsatzpotential.

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Berücksichtigung von Mindestabständen in der modellorientierten Kommissionierungsplanung

Status: laufend

Beschreibung

Betrachtet werden Lager als zentraler Bestandteil jeder Supply Chain, die einen entscheidenden Beitrag zur Liefertreue und Kundenzufriedenheit leisten. Die Zusammenstellung der Kundenaufträge stellt einen besonders arbeits-, zeit- und kostenintensiven Bereich dar. Eine Vielzahl wissenschaftlicher Studien hat sog. Picker-Routing-Probleme zum Gegenstand: Diese zielen darauf ab, einen kostenminimalen Weg entlang der durch einen Kundenauftrag definierten Lagerorte zu bestimmen. Um in Zeiten von Corona (oder auch anderen infektiösen Krankheiten) die Infektionsgefahr in Lagern zu reduzieren, müssen gesetzliche Vorgaben (wie z. B. die Einhaltung eines Mindestabstandes) bei der Bestimmung der Wege durch das Lager berücksichtigt werden. Das Ziel des Forschungsprojektes besteht daher in der Entwicklung eines exakten Algorithmus, der die Wege durch ein Lager so bestimmt, dass sowohl die zurückzulegenden Wege der Kommissionierer reduziert als auch die geforderten Mindestabstände eingehalten werden. Der Algorithmus soll als Softwaremodul realisiert werden, das zur Entscheidungsunterstützung in bestehende Systeme integriert werden kann.

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More than meets the eyes: Machine Learning in and for agent-based modeling

Status: laufend

Beschreibung

In recent years, many scholars praised the seemingly endless possibilities of using machine learning (ML) techniques in and for agent-based simulation models (ABM). To get a more comprehensive understanding of the opportunities, we conduct a systematic literature review (SLR) and classify the literature on the application of ML in and for ABM according to a theoretically derived classification scheme. We do so to investigate how exactly machine learning has been utilized in agent-based models in different disciplines so far and to identify the most important use cases in the literature. We find that, indeed, there is a broad range of possible applications of ML that might help ABMs to unfold their full potential. Further, we see that, ML is so far mainly used in ABM for the modeling of adaptive agents equipped with experience learning. While these are the most frequent, there is also a variety of many more interesting applications which do not directly meet the eye. This being the case, researchers should dive deeper into the analysis of when and how which kinds of ML techniques can support ABM, e.g. by conducting a more in-depth analysis and comparison of different use cases. Nonetheless, as the application of ML in and for ABM comes at certain costs, researcher should not use ML for ABMs just for the sake of doing it.

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Forecasting Baden-Württemberg's GDP Growth: MIDAS Regressions versus Dynamic Mixed-Frequency Factor Models

Status: laufend

Beschreibung

Da sich Deutschland in wirtschaftlicher Hinsicht regional stark unterscheidet, sind Prognosen der Wirtschaftsleistung für die einzelnen Bundesländer auf Basis von Indikatoren für Deutschland nicht zuverlässig. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines Prognosemodells für das Wirtschaftswachstum von Baden-Württemberg, einem Bundesland das von kleinen und mittelständischen Unternehmen geprägt ist und vom internationalen Handel abhängig ist. Zu diesem Zweck vergleichen wir die Prognosegüte für Backcasts und Nowcasts von kombinierten Prognosen die auf MIDAS Regressionen basieren mit den Prognosen aus einem dynamischen Mixed-Frequency Faktor-Modell. Dabei zeigt sich insbesondere, dass Modelle die ein breites Spektrums an regionalen, nationalen und internationalen Indikatoren berücksichtigen, simple Zeitreihenmodelle übertreffen. Überraschenderweise übertreffen kombinierte Prognosen auf Basis simpler MIDAS Regressionen mit jeweils nur einem Indikator die Prognosen aus den komplexeren dynamischen Faktor-Modellen.

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COVID-19 Simulation für Baden-Württemberg

Status: laufend

Beschreibung

Die mathematische Epidemiologie entwickelt sich seit Jahrzehnten kontinuierlich weiter und bietet in Kombination mit moderner Simulationstechnik eine Vielzahl an Methoden, die auch im aktuellen Fall der Corona-Krise bei der Entscheidungsfindung behilflich sein können.  Im vorliegenden Projekt soll auf Basis etwa von Reaktions-Diffusionsgleichungen ein zeitlich-räumlich aufgelöstes Modell für Baden-Württemberg entwickelt werden, anhand dessen verschiedene Szenarien zum weiteren Infektionsverlauf im Land sowie dessen Beeinflussung und Kontrolle durch Gegenmaßnahmen am Computer berechnet werden können. Die treibende Frage hinter dem Projekt ist, wie eine zweite, dann womöglich das Gesundheitssystem überlastende Welle im Herbst/Winter auch unter Verwendung von Mathematik verhindert werden kann.

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Beschreibung

DieLiving Heart” Initiative bündelt Kompetenzen aus den Bereichen Mathematik, Herz-Kreislauf-Forschung, Kardiologie und Medizintechnik sowie Gesetzgebung mit dem Ziel, auf Basis mathematischer Modelle und Computer Aided Engineering (CAE), realistische Simulationsmodelle des menschlichen Herzens zu entwickeln.

Dadurch soll das Verständnis über das Herz verbessert werden, und damit sowohl zur Entwicklung wie auch zum Test neuer Medizinprodukte (z.B. Herzschrittmacher) beigetragen werden. Darüber hinaus wird an Ansätzen gearbeitet, die es ermöglichen sollen, den 3D-Scan des Herzens eines Patienten in ein Modell zu überführen, um dadurch die Diagnostik einerseits und die spezifische Anpassung des therapeutischen Ansatzes an die individuellen Bedürfnisse eines Patienten andererseits, zu verbessern.

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