Eldorado - Repository of the TU Dortmund
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Recent Submissions
Integer linear programming for trust-region subproblems in integer optimal control with total variation regularization
(2025) Severitt, Marvin Pascal; Manns, Paul; Pfetsch, Marc
In this work we concern ourselves with integer linear programs we obtain from a uniform discretization of subproblems arising in a trust-region algorithm for integer optimal control problems with total variation regularization. The underlying domain is either one-dimensional or two-dimensional and the control value set is a finite contiguous subset of the integers. We introduce several relaxations which not only provide lower bounds for our integer programming formulation but also allow us to obtain a conditional $p$-approximation.
We provide NP-hardness results which show that a more general version of the integer program obtained from a non-uniform discretization of the trust-region subproblem is NP-hard by a reduction from the knapsack problem. Furthermore, we conjecture the NP-hardness of the two-dimensional case even with a binary control value set. We support this conjecture by providing a reduction from the minimum bisection problem for grid graphs with an arbitrary number of holes which has been conjectured to be NP-hard for several decades.
We show that the polyhedron of the linear programming relaxation has a very special property. For vertex solutions we prove that non-integer values can only be attained in entry combinations subject to structural restrictions which also enforce that the fractional value attained in each of these entries is identical. This property is reminiscent of the solution for the relaxed knapsack problem in which at most one entry is fractional.
For the one-dimensional case we are able to provide a shortest path approach for the more general case of a non-uniform discretization with a corresponding integer program. This provides a pseudo-polynomial algorithm. For the two-dimensional case we employ an integer programming solver instead. We can use the one-dimensional case to calculate as well as improve good feasible points which allows for a primal heuristic. Furthermore, we supply a simple branching priority derived from the one-dimensional case. Based on the special property of the polyhedron, we derive cutting planes which make use of a connection to graph-based problems as well as the so-called minimum cut ratio. Finally, we extend a decomposition approach for the overall trust-region algorithm.
We validate our approaches with several numerical examples and note significant run time improvements for the one-dimensional and two-dimensional cases. We discuss under which conditions our approaches are especially effective but also argue their limitations.
Advanced EPR spectroscopy
(2025) Selve, Victor Richard; Kasanmascheff, Müge; Mutschler, Hannes
Moderne Elektronenparamagnetspektroskopie hat ihren Weg in fast jedes wissenschaftliche Feld gefunden. Wohingegen jedoch die meisten Methoden, die so fachübergreifend Verwendung finden, durch breite Anwendbarkeit und einfache Nutzung charakterisiert sind, ist es bei EPR eher umgekehrt. Unzählige Experimente mit unzähligen Variationen je nach Probe. Und alle zeigen einen etwas anderen Ausschnitt des Gesamtbildes. Diese Unterschiede können genutzt werden, um Eigenschaften komplizierter Systeme mithilfe verschiedener Experimente und Parameter auseinander zu ziehen. Diese Arbeit demonstriert, wie ein kleines Set von EPR-Methoden genutzt werden kann, um in verschiedenen Systemen sonst nur schwierig zugängliche Informationen zu extrahieren.
Obwohl sie wohl unterschiedlicher nicht sein könnten, sind sowohl Ribonukleotidreduktase (RNR) als auch Guanin-Quadruplexe (GQs) instrumental für Leben, wie wir es kennen. Wo die Rolle von RNR darin besteht, als einziges Enzym neue Desoxyribonukleotide, die Bausteine für DNS, herzustellen, ist die Rolle von GQs durch ihre Struktur in DNS und Interaktion mit der Umgebung und anderen GQs gekennzeichnet. Oft spielen diese Interaktionen wichtige Rollen in der Kontrolle und Regulation des Genoms.
Diese Arbeit charakterisiert die β₂-Untereinheit von Klasse Ia RNR, welche ein Tyrosilradikal generiert, was für die Aktivität von RNR essentiell ist. Im Genaueren beschäftigt sich die Arbeit damit, wie sich der zur Radikalgenerierung benötigte Dieisen-Kofaktor bildet, beziehungsweise was passiert, wenn β₂ fälschlicherweise Mangan bindet. Hierfür wurden sowohl mehrere dipolare Spektroskopie-Methoden als auch feldabhängige Messungen kombiniert, um die globalen Bindungsverhältnisse von Mangan in β₂ zu charakterisieren. In diesem Zusammenhang wird eine Fehlinterpretation in der Literatur aufgedeckt, die nur durch Kombination aller dieser Methoden ersichtlich wird. Die zentrale Rolle von RNR in der Zelle macht das Verständnis des Mechanismus von RNR zu einem sehr wichtigen Thema.
Des Weiteren wird in dieser Arbeit das Bindeverhalten von GQs mit sich selbst und mit Interkalatoren untersucht. Diese Arbeit erweitert die vorherige Arbeit mit Kupferlabeln für GQs, welche höchst präzise Distanzmessungen ermöglichen. Dazu wurde ein neues Messschema entwickelt, welches die starke Orientierungsselektivität von dipolaren Distanzmessungen in mit Kupfer gelabelten GQs ausnutzt, um über quantitative Messungen die Dynamik der Systeme zu charakterisieren. Hierbei werden die Einflüsse von Orientierungselektivität auf Modulationsamplitude und quantitative Messungen ausführlich diskutiert. Dies erlaubte, einen unerwarteten Effekt, den das Binden des Interkalators PIPER auf die Stabilität von GQ-dimeren hat, zu ermitteln. Des Weiteren wurde eine schalterartige Änderung im Bindungsmodus von PIPER entdeckt. Diese Forschung legt die Grundlage für die Nutzung von kupfergelabelten GQs jenseits ihrer Anwendung als Modellsystem für EPR-Distanzmessungen, als aktiver Reporter in der Entwicklung von neun Medikamenten.
Digital media and children with Autism spectrum disorder
(2026) Pliska, Larissa; Kunina-Habenicht, Olga; Ritterfeld, Ute
In Germany, there are long waiting times for the diagnostic procedure of autism spectrum disorder (ASD), which creates uncertainty for the entire family and delays the start of family support and child therapy. This highlights the need for improved care for suspected cases of ASD. Digital technologies have the potential to support the screening and diagnostic processes for ASD. Therefore, this doctoral dissertation investigates the overarching research question: Can the digital screening tool, which has been developed by the IDEAS consortium, contribute to the detection of boys with ASD? Studies have often assumed that children with ASD are attracted to digital media, but this has not been investigated systematically. Accordingly, the media use of children with and without ASD was examined both in Study I and subsequently in Study II using a parent questionnaire. Study I included n = 15 parents of boys with ASD and n = 78 parents of typically developing (TD) boys. Study II included n = 117 parents of children with ASD and n = 58 parents of TD children. All children were between 6 and 11 years old. Mann-Whitney U-tests and Spearman correlations were used for the analyses. These studies indicate that children with ASD are familiar with and capable of using digital media, suggesting they are likely to accept and engage with digital screening tools. Study II also investigated parents' concerns about their children's media use, particularly regarding ASD symptoms. This investigation also included hierarchical regression models. In terms of developing a digital screening tool, it is essential that ASD symptoms can be observed in a digital setting. Study II indicates that parents were not concerned that their child's ASD symptoms would intensify. These results highlight the importance of examining whether ASD symptoms occur in a digital setting. Experimental Study III investigated the media equation of interaction between N = 20 boys with ASD, aged 6 to 11, using an equivalence test in a within-subject design. Study III indicates that children with ASD behave similarly in digital and real-life settings. This suggests that ASD symptoms can be detected in digital settings. Finally, Study IV examined whether digital screening tasks (emotion recognition and visual preference) could differentiate between children with and without ASD. The study included n = 24 boys with ASD and n = 24 TD boys, all between the ages of 6 and 11. Mixed logistic models were used for the emotion recognition task, mixed linear models for the visual preference task, and decision trees using the Gini index. Both the emotion recognition and visual preference tasks have an accuracy rate of 81.25%, and they should be considered together when making decisions. Overall, the results demonstrate that boys with ASD accept and are able to use a digital screening tool, that symptoms of ASD can be elicited in a digital setting, and that the tool can distinguish between boys with and without ASD. Therefore, the digital screening tool can contribute to the detection of boys with ASD. However, further optimization is needed to improve the early detection of ASD.
Baustelle Ressourcenwende - klimaschonende Bauweisen vom Material bis zur gebauten Umwelt
(2022-11) Kretschmer, Christiane; Zabek, Magdalena
Klimaschädliches Bauen ist eine Erfindung der Neuzeit: Seit rund 70 Jahren boomt das Bauen mit Beton und anderen energieintensiven Materialien. Doch es ist auch heute möglich klima- und ressourcenschonend zu bauen. Oft reicht eine Rückbesinnung auf althergebrachte, nachwachsende Baustoffe wie Holz. Aber auch einige neuartige Materialien und Konstruktionsweisen ermöglichen den Bau von klimaschonenden Gebäuden und Quartieren.
»Baustelle Ressourcenwende« wagt einen niedrigschwelligen Blick vom Kleinen ins Große: von der Materialebene über Unternehmen der Baubranche hin zu klimaschonenden Gebäuden und ressourcenschonenden Ansätzen für ganze Quartiere bzw. Konversionsflächen. Anhand dieser Beispiele soll aufgezeigt werden, wie eine Wende im Bauwesen hin zu mehr Ressourcen- und Klimaschutz gelingen kann.
Amtliche Mitteilungen der Technischen Universität Dortmund Nr. 4/2026
(Technische Universität Dortmund, 2026-02-05)