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Die Dissertation beschäftigt sich mit einer neuartigen Art von Branch-and-Bound Algorithmen, deren Unterschied zu klassischen Branch-and-Bound Algorithmen darin besteht, dass
das Branching durch die Addition von nicht-negativen Straftermen zur Zielfunktion erfolgt
anstatt durch das Hinzufügen weiterer Nebenbedingungen. Die Arbeit zeigt die theoretische Korrektheit des Algorithmusprinzips für verschiedene allgemeine Klassen von Problemen und evaluiert die Methode für verschiedene konkrete Problemklassen. Für diese Problemklassen, genauer Monotone und Nicht-Monotone Gemischtganzzahlige Lineare Komplementaritätsprobleme und Gemischtganzzahlige Lineare Probleme, präsentiert die Arbeit
verschiedene problemspezifische Verbesserungsmöglichkeiten und evaluiert diese numerisch.
Weiterhin vergleicht die Arbeit die neue Methode mit verschiedenen Benchmark-Methoden
mit größtenteils guten Ergebnissen und gibt einen Ausblick auf weitere Anwendungsgebiete
und zu beantwortende Forschungsfragen.
The following dissertation contains three studies examining academic boredom development in five high-track German secondary schools (AVG-project data; Study 1: N = 1,432; Study 2: N = 1,861; Study 3: N = 1,428). The investigation period spanned 3.5 years, with four waves of measurement from grades 5 to 8 (T1: 5th grade, after transition to secondary school; T2: 5th grade, after mid-term evaluations; T3: 6th grade, after mid-term evaluations; T4: 8th grade, after mid-term evaluations). All three studies featured cross-sectional and longitudinal analyses, separating, and comparing the subject domains of mathematics and German.
Study 1 provided an investigation of academic boredom’s factorial structure alongside correlational and reciprocal relations of different forms of boredom and academic self-concept. Analyses included reciprocal effects models and latent correlation analyses. Results indicated separability of boredom intensity, boredom due to underchallenge and boredom due to overchallenge, as separate, correlated factors. Evidence for reciprocal relations between boredom and academic self-concept was limited.
Study 2 examined the effectiveness and efficacy of full-time ability grouping for as a boredom intervention directed at the intellectually gifted. Analyses included propensity score matching, and latent growth curve modelling. Results pointed to limited effectiveness and efficacy for full-time ability grouping regarding boredom reduction.
Study 3 explored gender differences in academic boredom development, mediated by academic interest, academic self-concept, and previous academic achievement. Analyses included measurement invariance testing, and multiple-indicator-multi-cause-models. Results showed one-sided gender differences, with boys reporting less favorable boredom development compared to girls, even beyond the inclusion of relevant mediators.
Findings from all three studies were embedded into the theoretical framework of control-value theory (Pekrun, 2006; 2019; Pekrun et al., 2023). Limitations, directions for future research, and practical implications were acknowledged and discussed.
Overall, this dissertation yielded important insights into boredom’s conceptual complexity. This concerned factorial structure, developmental trajectories, interrelations to other learning variables, individual differences, and domain specificities.
Keywords: Academic boredom, boredom intensity, boredom due to underchallenge, boredom due to overchallenge, ability grouping, gender differences, longitudinal data analysis, control-value theory
Energy transport networks are one of the most important infrastructures for the planned energy transition. They form the interface between energy producers and consumers and their features make them good candidates for the tools that mathematical optimization can offer. Nevertheless, the operation of energy networks comes with two major challenges. First, the nonconvexity of the equations that model the physics in the network render the resulting problems extremely hard to solve for large-scale networks. Second, the uncertainty associated to the behavior of the different agents involved, the production of energy, and the consumption of energy make the resulting problems hard to solve if a representative description of uncertainty is to be considered.
In this cumulative dissertation we study adaptive refinement algorithms designed to cope with the nonconvexity and stochasticity of equations arising in energy networks. Adaptive refinement algorithms approximate the original problem by sequentially refining the model of a simpler optimization problem. More specifically, in this thesis, the focus of the adaptive algorithm is on adapting the discretization and description of a set of constraints.
In the first part of this thesis, we propose a generalization of the different adaptive refinement ideas that we study. We sequentially describe model catalogs, error measures, marking strategies, and switching strategies that are used to set up the adaptive refinement algorithm. Afterward, the effect of the adaptive refinement algorithm on two energy network applications is studied. The first application treats the stationary operation of district heating networks. Here, the strength of adaptive refinement algorithms for approximating the ordinary differential equation that describes the transport of energy is highlighted. We introduce the resulting nonlinear problem, consider network expansion, and obtain realistic controls by applying the adaptive refinement algorithm. The second application concerns quantile-constrained optimization problems and highlights the ability of the adaptive refinement algorithm to cope with large scenario sets via clustering. We introduce the resulting mixed-integer linear problem, discuss generic solution techniques, make the link with the generalized framework, and measure the impact of the proposed solution techniques.
The second part of this thesis assembles the papers that inspired the contents of the first part of this thesis. Hence, they describe in detail the topics that are covered and will be referenced throughout the first part.
Addition of Phosphogypsum to Fire-Resistant Plaster Panels:
A Physic–Mechanical Investigation
(2023)
Gypsum (GPS) has great potential for structural fire protection and is increasingly used in construction due to its high-water retention and purity. However, many researchers aim to improve its physical and mechanical properties by adding other organic or inorganic materials such as fibers, recycled GPS, and waste residues. This study used a novel method to add non-natural GPS from factory waste (phosphogypsum (PG)) as a secondary material for GPS. This paper proposes to mix these two materials to properly study the effect of PG on the physico-mechanical properties and fire performance of two Tunisian GPSs (GPS1 and GPS2). PG initially replaced GPS at 10, 20, 30, 40, and 50% weight percentage (mixing plan A). The PGs were then washed with distilled water several times. Two more mixing plans were run when the pH of the PG was equal to 2.4 (mixing plan B), and the pH was equal to 5 (mixing plan C). Finally, a comparative study was conducted on the compressive strength, flexural strength, density, water retention, and mass loss levels after 90 days of drying, before/after incineration of samples at 15, 30, 45, and 60 min. The results show that the mixture of GPS1 and 30% PG (mixing plan B) obtained the highest compressive strength (41.31%) and flexural strength (35.03%) compared to the reference sample. The addition of 10% PG to GPS1 (mixing plan A) improved fire resistance (33.33%) and the mass loss (17.10%) of the samples exposed to flame for 60 min compared to GPS2. Therefore, PG can be considered an excellent insulating material, which can increase physico-mechanical properties and fire resistance time of plaster under certain conditions.
The publication of statistical databases is subject to legal regulations, e.g. national statistical offices are only allowed to publish data if the data cannot be attributed to individuals. Achieving this privacy standard requires anonymizing the data prior to publication. However, data anonymization inevitably leads to a loss of information, which should be kept minimal. In this thesis, we analyze the anonymization method SAFE used in the German census in 2011 and we propose a novel integer programming-based anonymization method for nominal data.
In the first part of this thesis, we prove that a fundamental variant of the underlying SAFE optimization problem is NP-hard. This justifies the use of heuristic approaches for large data sets. In the second part, we propose a new anonymization method belonging to microaggregation methods, specifically designed for nominal data. This microaggregation method replaces rows in a microdata set with representative values to achieve k-anonymity, ensuring each data row is identical to at least k − 1 other rows. In addition to the overall dissimilarities of the data rows, the method accounts for errors in resulting frequency tables, which are of high interest for nominal data in practice. The method employs a typical two-step structure: initially partitioning the data set into clusters and subsequently replacing all cluster elements with representative values to achieve k-anonymity. For the partitioning step, we propose a column generation scheme followed by a heuristic to obtain an integer solution, which is based on the dual information. For the aggregation step, we present a mixed-integer problem formulation to find cluster representatives. To this end, we take errors in a subset of frequency tables into account. Furthermore, we show a reformulation of the problem to a minimum edge-weighted maximal clique problem in a multipartite graph, which allows for a different perspective on the problem. Moreover, we formulate a mixed-integer program, which combines the partitioning and the aggregation step and aims to minimize the sum of chi-squared errors in frequency tables.
Finally, an experimental study comparing the methods covered or developed in this work shows particularly strong results for the proposed method with respect to relative criteria, while SAFE shows its strength with respect to the maximum absolute error in frequency tables. We conclude that the inclusion of integer programming in the context of data anonymization is a promising direction to reduce the inevitable information loss inherent in anonymization, particularly for nominal data.
Diese Dissertation beschäftigt sich mit der Fragestellung, ob und wie Intersektionalität als analytische Perspektive für literarische Texte eine nützliche Ergänzung für ethnisch geordnete Literaturfelder darstellt. Diese Fragestellung wird anhand der Analyse dreier zeitgenössischer chinesisch-kanadischer Romane untersucht.
In der Einleitung wird die Relevanz der Themenbereiche Intersektionalität und asiatisch-kanadische Literatur erörtert. Das darauffolgende Kapitel bietet einen historischen Überblick über die chinesisch-kanadische Einwanderung und geht detailliert auf die literarischen Produktionen ein. Es wird aufgezeigt, dass, obwohl kulturelle Güter auch zur Artikulation von Ungleichheitsverhältnissen aufgrund von zugeschriebener ethnischer Zugehörigkeit entstehen, ein Diversifizierungsbestreben innerhalb der literarischen Gemeinschaft von chinesisch-kanadischen Autor:innen identifiziert werden kann. Das dritte Kapitel widmet sich dem Begriff „Intersektionalität“ und stellt, nach einer historischen Einordnung des Konzeptes mit seinen Ursprüngen im Black Feminism, Intersektionalität als bindendes Element zwischen Postkolonialismus, Diversität und Empowerment dar – Konzepte, die für die Analyse (kanadischer) Literatur in dieser Dissertation von besonderer Relevanz sind. Anschließend wird die Rolle von Intersektionalität in der Literaturwissenschaft aufgegriffen. Die darauffolgenden exemplarischen Analysen von Kim Fus For Today I Am a Boy, Wayson Choys The Jade Peony und Yan Lis Lily in the Snow veranschaulichen die vorangegangen methodischen Überlegungen. Allen drei Romanen vorangestellt ist die Kontextualisierung des jeweiligen Werkes als chinesisch-kanadisch, aber auch bisher vorgenommene Überlegungen, die diese Einordnung infrage stellen. Nach einer Zusammenfassung des Inhalts folgt eine intersektionale Analyse auf der inhaltlichen Ebene, die in den familiären und weiteren sozialen Bereich unterteilt ist, da sich die Hierarchiemechanismen innerhalb dieser Bereiche unterscheiden oder gegenseitig verstärken, wie aus den Analysen hervorgeht. Anschließend wird die formale Analyse mit einem intersektionalen Schwerpunkt in einem separaten Unterkapitel näher beleuchtet. Ein drittes Unterkapitel widmet sich einem dem jeweiligen Roman spezifischen Aspekt, der im Zusammenhang mit einer intersektionalen Analyse von besonderer Relevanz ist. Die Arbeit schließt mit einem übergreifenden Fazit, welches die wichtigsten Ergebnisse aus der Analyse zusammenfasst und mit weiteren Überlegungen zu den Implikationen dieser Dissertation, vor allem im Hinblick auf sogenannte kanadische „master narratives“, die eine weitreichende, kontextuelle Relevanz für das Arbeiten mit literarischen Texten aufweisen und durch einen intersektionalen literarischen Ansatz in Zukunft gegebenenfalls gewinnbringend ergänzt werden können.
Wasserbezogene regulierende und versorgende Ökosystemdienstleistungen (ÖSDL) wurden im Hinblick auf das Abflussregime und die Grundwasserneubildung im Biosphärenreservat Pfälzerwald im Südwesten Deutschlands anhand hydrologischer Modellierung unter Verwendung des Soil and Water Assessment Tool (SWAT+) untersucht. Dabei wurde ein holistischer Ansatz verfolgt, wonach den ÖSDL Indikatoren für funktionale und strukturelle ökologische Prozesse zugeordnet werden. Potenzielle Risikofaktoren für die Verschlechterung von wasserbedingten ÖSDL des Waldes, wie Bodenverdichtung durch Befahren mit schweren Maschinen im Zuge von Holzerntearbeiten, Schadflächen mit Verjüngung, entweder durch waldbauliche Bewirtschaftungspraktiken oder durch Windwurf, Schädlinge und Kalamitäten im Zuge des Klimawandels, sowie der Kli-mawandel selbst als wesentlicher Stressor für Waldökosysteme wurden hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf hydrologische Prozesse analysiert. Für jeden dieser Einflussfaktoren wurden separate SWAT+-Modellszenarien erstellt und mit dem kalibrierten Basismodell verglichen, das die aktuellen Wassereinzugsgebietsbedingungen basierend auf Felddaten repräsentierte. Die Simulationen bestätigten günstige Bedingungen für die Grundwasserneubildung im Pfälzerwald. Im Zusammenhang mit der hohen Versickerungskapazität der Bodensubstrate der Buntsandsteinverwitterung, sowie dem verzögernden und puffernden Einfluss der Baumkronen auf das Niederschlagswasser, wurde eine signifikante Minderungswirkung auf die Oberflächenabflussbildung und ein ausgeprägtes räumliches und zeitliches Rückhaltepotential im Einzugsgebiet simuliert. Dabei wurde festgestellt, dass erhöhte Niederschlagsmengen, die die Versickerungskapazität der sandigen Böden übersteigen, zu einer kurz geschlossenen Abflussreaktion mit ausgeprägten Oberflächenabflussspitzen führen. Die Simulationen zeigten Wechselwirkungen zwischen Wald und Wasserkreislauf sowie die hydrologische Wirksamkeit des Klimawandels, verschlechterter Bodenfunktionen und altersbezogener Bestandesstrukturen im Zusammenhang mit Unterschieden in der Baumkronenausprägung. Zukunfts-Klimaprojektionen, die mit BIAS-bereinigten REKLIES- und EURO-CORDEX-Regionalklimamodellen (RCM) simuliert wurden, prognostizierten einen höheren Verdunstungsbedarf und eine Verlängerung der Vegetationsperiode bei gleichzeitig häufiger auftretenden Dürreperioden innerhalb der Vegetationszeit, was eine Verkürzung der Periode für die Grundwasserneubildung induzierte, und folglich zu einem prognostizierten Rückgang der Grundwasserneubildungsrate bis zur Mitte des Jahrhunderts führte. Aufgrund der starken Korrelation mit Niederschlagsintensitäten und der Dauer von Niederschlagsereignissen, bei allen Unsicherheiten in ihrer Vorhersage, wurde für die Oberflächenabflussgenese eine Steigerung bis zum Ende des Jahrhunderts prognostiziert.
Für die Simulation der Bodenverdichtung wurden die Trockenrohdichte des Bodens und die SCS Curve Number in SWAT+ gemäß Daten aus Befahrungsversuchen im Gebiet angepasst. Die günstigen Infiltrationsbedingungen und die relativ geringe Anfälligkeit für Bodenverdichtung der grobkörnigen Buntsandsteinverwitterung dominierten die hydrologischen Auswirkungen auf Wassereinzugsgebietsebene, sodass lediglich moderate Verschlechterungen wasserbezogener ÖSDL angezeigt wurden. Die Simulationen zeigten weiterhin einen deutlichen Einfluss der Bodenart auf die hydrologische Reaktion nach Bodenverdichtung auf Rückegassen und stützen damit die Annahme, dass die Anfälligkeit von Böden gegenüber Verdichtung mit dem Anteil an Schluff- und Tonbodenpartikeln zunimmt. Eine erhöhte Oberflächenabflussgenese ergab sich durch das Wegenetz im Gesamtgebiet.
Schadflächen mit Bestandesverjüngung wurden anhand eines artifiziellen Modells innerhalb eines Teileinzugsgebiets unter der Annahme von 3-jährigen Baumsetzlingen in einem Entwicklungszeitraum von 10 Jahren simuliert und hinsichtlich spezifischer Was-serhaushaltskomponenten mit Altbeständen (30 bis 80 Jahre) verglichen. Die Simulation ließ darauf schließen, dass bei fehlender Kronenüberschirmung die hydrologisch verzögernde Wirkung der Bestände beeinträchtigt wird, was die Entstehung von Oberflächenabfluss begünstigt und eine quantitativ geringfügig höhere Tiefensickerung fördert. Hydrologische Unterschiede zwischen dem geschlossenem Kronendach der Altbestände und Jungbeständen mit annähernden Freilandniederschlagsbedingungen wurden durch die dominierenden Faktoren atmosphärischer Verdunstungsanstoß, Niederschlagsmengen und Kronenüberschirmungsgrad bestimmt. Je weniger entwickelt das Kronendach von verjüngten Waldbeständen im Vergleich zu Altbeständen, je höher der atmosphärische Verdunstungsanstoß und je geringer die eingetragenen Niederschlagsmengen, desto größer war der hydrologische Unterschied zwischen den Bestandestypen.
Verbesserungsmaßnahmen für den dezentralen Hochwasserschutz sollten folglich kritische Bereiche für die Abflussbildung im Wald (CSA) berücksichtigen. Die hohe Sensibilität und Anfälligkeit der Wälder gegenüber Verschlechterungen der Ökosystembedingungen legen nahe, dass die Erhaltung des komplexen Gefüges und von intakten Wechselbeziehungen, insbesondere unter der gegebenen Herausforderung des Klimawandels, sorgfältig angepasste Schutzmaßnahmen, Anstrengungen bei der Identifizierung von CSA sowie die Erhaltung und Wiederherstellung der hydrologischen Kontinuität in Waldbeständen erfordern.
Building Fortress Europe Economic realism, China, and Europe’s investment screening mechanisms
(2023)
This thesis deals with the construction of investment screening mechanisms across the major economic powers in Europe and at the supranational level during the post-2015 period. The core puzzle at the heart of this research is how, in a traditional bastion of economic liberalism such as Europe, could a protectionist tool such as investment screening be erected in such a rapid manner. Within a few years, Europe went from a position of being highly welcoming towards foreign investment to increasingly implementing controls on it, with the focus on China. How are we to understand this shift in Europe? I posit that Europe’s increasingly protectionist shift on inward investment can be fruitfully understood using an economic realist approach, where the introduction of investment screening can be seen as part of a process of ‘balancing’ China’s economic rise and reasserting European competitiveness. China has moved from being the ‘workshop of the world’ to becoming an innovation-driven economy at the global technological frontier. As China has become more competitive, Europe, still a global economic leader, broadly situated at the technological frontier, has begun to sense a threat to its position, especially in the context of the fourth industrial revolution. A ‘balancing’ process has been set in motion, in which Europe seeks to halt and even reverse the narrowing competitiveness gap between it and China. The introduction of investment screening measures is part of this process.
Official business surveys form the basis for national and regional business statistics and are thus of great importance for analysing the state and performance of the economy. However, both the heterogeneity of business data and their high dynamics pose a particular challenge to the feasibility of sampling and the quality of the resulting estimates. A widely used sampling frame for creating the design of an official business survey is an extract from an official business register. However, if this frame does not accurately represent the target population, frame errors arise. Amplified by the heterogeneity and dynamics of business populations, these errors can significantly affect the estimation quality and lead to inefficiencies and biases. This dissertation therefore deals with design-based methods for optimising business surveys with respect to different types of frame errors.
First, methods for adjusting the sampling design of business surveys are addressed. These approaches integrate auxiliary information about the expected structures of frame errors into the sampling design. The aim is to increase the number of sampled businesses that are subject to frame errors. The element-specific frame error probability is estimated based on auxiliary information about frame errors observed in previous samples. The approaches discussed consider different types of frame errors and can be incorporated into predefined designs with fixed strata.
As the second main pillar of this work, methods for adjusting weights to correct for frame errors during estimation are developed and investigated. As a result of frame errors, the assumptions under which the original design weights were determined based on the sampling design no longer hold. The developed methods correct the design weights taking into account the errors identified for sampled elements. Case-number-based reweighting approaches, on the one hand, attempt to reconstruct the unknown size of the individual strata in the target population. In the context of weight smoothing methods, on the other hand, design weights are modelled and smoothed as a function of target or auxiliary variables. This serves to avoid inefficiencies in the estimation due to highly scattering weights or weak correlations between weights and target variables. In addition, possibilities of correcting frame errors by calibration weighting are elaborated. Especially when the sampling frame shows over- and/or undercoverage, the inclusion of external auxiliary information can provide a significant improvement of the estimation quality. For those methods whose quality cannot be measured using standard procedures, a procedure for estimating the variance based on a rescaling bootstrap is proposed. This enables an assessment of the estimation quality when using the methods in practice.
In the context of two extensive simulation studies, the methods presented in this dissertation are evaluated and compared with each other. First, in the environment of an experimental simulation, it is assessed which approaches are particularly suitable with regard to different data situations. In a second simulation study, which is based on the structural survey in the services sector, the applicability of the methods in practice is evaluated under realistic conditions.