Sebastian Forster erhält den hochdotierten ERC Starting Grant. (Foto: Wolfgang Veigl)

Mit dynamischen Algorithmen zum ERC Starting Grant

Der an der Universität Salzburg tätige Informatiker Sebastian Forster hat allen Grund zur Freude: Er erhält den hochkarätigen ERC Starting Grant für seine Grundlagenforschung im Bereich Big Data Algorithmen. Der Europäische Forschungsrat (European Research Council – ERC) fördert das eingereichte Projekt für fünf Jahre mit 1,5 Mio. Euro.

Die ERC Starting Grants werden seit 2007 jährlich vergeben und ermöglichen herausragenden Forscher/innen die Durchführung innovativer Forschungsvorhaben durch hochdotierte Förderungen. Sie werden in hochkompetitiven Wettbewerben vergeben und stellen für die geförderten Forscher/innen eine bedeutende wissenschaftliche Auszeichnung dar.

Dynamische vs. Statische Algorithmen

In seinem Projekt „Dynamic Algorithms Against Strong Adversaries“ will Sebastian Forster neuartige Algorithmen für Szenarien entwickeln, in denen die Eingabedaten „dynamisch“ sind – also regelmäßig verändert werden. Das Ergebnis des Algorithmus soll nach jeder Änderung upgedatet werden. Ein aus dem Alltag bekanntes Beispiel für dynamische Umgebungen sind Straßennetze, in denen sich die Wegzeit einzelner Abschnitte durch Staus immer wieder verändern kann. Algorithmen in Navigationssystemen müssen auf solche Veränderungen reagieren und bei einer Staumeldung die berechnete Route entsprechend aktualisieren. Aber auch soziale Netzwerke sind dynamisch, wenn beispielsweise zu einem Profil neue Freundschaften oder Verbindungen hinzugefügt werden.

Die Schwierigkeit beim Entwurf dynamischer Algorithmen besteht darin, das Ergebnis der Berechnung möglichst schnell auf den aktuellen Stand zu bringen, insbesondere ohne eine vollständige Neuberechnung durchzuführen. „Bei den dynamischen Algorithmen geht es darum, einzelnen Veränderungen explizit zu adressieren. Das ist ihr Paradigma“, erklärt Sebastian Forster. Dies erfordert oftmals den Einsatz anspruchsvoller mathematischer Methoden. Im Beispiel der Navigationssysteme wird erwartet, dass bei einer Staumeldung anstelle einer langwierigen Neuberechnung nur das relevante Teilstück der ausgegebenen Route schnell aktualisiert wird. Dieses Prinzip der Aktualisierung nach einer Veränderung wird von Forster nun in komplexeren Arten von Netzwerken untersucht, da zu erwarten ist, dass die dynamische Verarbeitung von Daten durch die digitale Transformation in Zukunft immer mehr an Bedeutung gewinnen wird.

Die meisten bestehenden Algorithmen sind jedoch noch statisch. Diese müssen den Algorithmus bei Veränderung der Daten komplett neu berechnen, um zu einem neuen Ergebnis zu kommen und sind dadurch wesentlich langsamer. Ein dynamischer Algorithmus muss nur jenen Teil neu berechnen, der sich verändert hat und ist dadurch wesentlich schneller. Ein wichtiger Aspekt in Zeiten von Big Data, in denen eine große Menge an Daten verarbeitet werden. In der Wissenschaft wird stark an der Entwicklung von dynamischen Algorithmen geforscht. In der Praxis werden dynamische Algorithmen im Bereich der Logistik verwendet, die Anwendung befindet sich aber noch in den Kinderschuhen.

Starke Garantien für geringe Laufzeit

Im geförderten Projekt werden dynamische Algorithmen mit möglichst „starken“ Garantien entwickelt. „Wir wollen die Einschränkungen, die bestehende Algorithmen haben, verringern, sie sollen dadurch mit allen Veränderungen der Daten zurechtkommen und auf jede Veränderung gleich schnell reagieren“, sagt Sebastian Forster. Eine starke Garantie sichert zu, dass eine bestimmte Laufzeit nicht überschritten wird. Dies ist relevant für aufeinander aufbauende „Ketten“ von Algorithmen sowie Echtzeitsysteme, in denen Wartezeit nicht tolerierbar ist.

Big Data Forschung in Salzburg

Mit den Mitteln des ERC Grants wird Projektleiter Sebastian Forster sein Team am Fachbereich Computerwissenschaften erweitern, um in Salzburg weiterhin Spitzenforschung im Bereich Big Data zu betreiben. „Mit unserer Forschung zu dynamischen Algorithmen wollen wir neue Ideen finden, wie wir mit Big Data umgehen“, sagt Sebastian Forster. Big Data hat in der Forschung an der Universität Salzburg am Fachbereich Computerwissenschaften einen großen Stellenwert. „Wir sind mit unserer Forschung zu Big Data mittlerweile auch international sichtbar.“

Sebastian Forster ist mit seiner Forschung zu Big Data und dem neuen Trend des „Fast Data“ – der schnellen Verarbeitung von Daten – am Puls der Zeit. Das sieht er als einen der Gründe, warum seine Forschung den ERC Starting Grant bekommen hat. „Das es aber bereits beim ersten Mal geklappt hat, überrascht mich selbst“, schmunzelt der Informatiker.

Gepostet am 21.10.2020

Ein Algorithmus ist eine Berechnungsmethode, die nach bestimmten Regeln und Schritten erfolgt. Die Berechnungsmethode definiert, was berechnet wird – zum Beispiel im Falle eines Navigationssystems den kürzesten Weg zwischen zwei Punkten. Doch auch nicht so eindeutige Ergebnisse kann ein Algorithmus berechnen, etwa welches Produkt einer Konsumentin oder einem Konsumenten auf einer Onlineplattform vorgeschlagen werden soll. Wie man solche Algorithmen mathematisch präzise berechnet, ist ein großes Feld in der Mathematik.

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