Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Evolutionstheorie entwickelt Software

27.10.2015

MIT CHARLES DARWIN & EVOLUTION ZU OPTIMAL ABGESTIMMTER SOFTWARE

Software für ganze Produktlinien aufeinander abzustimmen geht auch automatisch und intelligent – und nicht wie bisher "manuell" und unkoordiniert. Das zeigen Ergebnisse eines Projekts des Wissenschaftsfonds FWF, in dem Algorithmen zur Abstimmung entwickelt wurden, die auf Prinzipien der Evolution beruhen.


Prinzipien der Evolutionstheorie sind der Kern bei der Entwicklung von Software in einem aktuellen FWF-Projekt. Quelle: Roberto Erick Lopez-Herrejon

Beim Schweizer Taschenmesser geht es einfach – beim Smartphone ist es komplizierter: die Funktionalität der einzelnen Komponenten aufeinander abzustimmen. Jede Komponente – wie Kamera, Akku oder App – hat ihre eigene Software und deren Abstimmung aufeinander ist selbst heute noch eher dem Zufallsprinzip überlassen.

Ganz besonders eklatant wird dieses Problem bei Produktfamilien, bei denen die Software eines Produkts (wie zum Beispiel ein Smartphone) auch für viele andere Produkte (Tablet) verwendet wird. Diese Software in der Entwicklungsphase richtig abzustimmen hat sich Roberto Erick Lopez-Herrejon von der Johannes Kepler Universität Linz in einem Projekt des Lise Meitner-Programms des FWF zum Ziel gemacht – mit spannenden Ergebnissen, die nun in mehreren internationalen Publikationen veröffentlicht wurden.

SUCHEN & FINDEN

Zu den Hintergründen des Projekts meint Lopez-Herrejon: "Die Anpassung von Software aneinander ist hoch komplex. Die nahezu unendlich vielen Möglichkeiten wie diese interagieren sind unüberblickbar. Die Probleme, die auftauchen können sind also gar nicht alle vorhersehbar – und genau deswegen sucht man nach Lösungen diese zu vermeiden.

Dabei wird trotz des enormen Zeitdrucks bei der Entwicklung noch immer auf die Leistung individuellen Fachpersonals gesetzt, anstatt den Prozess zu automatisieren. Wir haben nun nach Wegen gesucht, diesen Optimierungsprozess durch Einsatz intelligenter Algorithmen zu automatisieren."

Einer dieser Wege nennt sich "Search Based Software Engineering" und basiert auf metaheuristischen Methoden, einem näherungsweisen Verfahren, das allgemeingültige Lösungen in unüberschaubaren Problemen schafft. Selbst wenn das Wissen über die Struktur der Software nur teilweise bekannt ist, können dennoch Lösungsszenarien berechnet werden, die zwar nicht unbedingt das absolute Optimum darstellen, in der Praxis die Breite aber ausreichend gut abdecken – und mit überschaubarer Rechnerleistung kalkuliert werden können.

NATÜRLICHE LÖSUNG

"Wir haben nun in unserem Projekt Algorithmen entwickelt, die sich an Prozessen der natürlichen Evolution orientieren", erläutert Lopez-Herrejon den besonderen Ansatz des Projekts und fährt fort: "Darin werden Prinzipien der Vererbung und von Mutationen genauso abgebildet wie Selektion. So erhalten wir näherungsweise Lösungsansätze, die sich in der Realität bewähren."

Ein spezielles Problem, dem sich das Team um Lopez-Herrejon widmete, war das Kontrollieren der Richtigkeit, Sicherheit und Zuverlässigkeit solcher Software. Dabei werden Softwareteile (auch Komponenten genannt), daraufhin kontrolliert, ob und wie sie mit anderen Komponenten integrierbar sind um eine falsche Verwendung zu vermeiden.

Dies ist eine zwingende Voraussetzung für die reibungslose Komponenteninteraktion innerhalb eines Softwareprodukts. Das Team konnte dabei einen allgemeinen Ansatz entwickeln, der diese Kontrolle (auch Consistency Checking genannt) für die gesamte Familie von Softwareprodukten (also allen Komponentenkombinationen auf einmal) erlaubt – und zwar bereits in einem sehr frühen Stadium der Entwicklung dieser Software. Zu einem Zeitpunkt also, zu dem etwaige Korrekturen noch ohne viel Aufwand möglich sind.

LINIENGETREU

Für Lopez-Herrejon war es ganz klar, den Fokus des Projekts auf ganze Familien von Softwareprodukten zu legen: "Eine Softwarefamilie, auch als Software Product Line bezeichnet, ist eine Art modulares System, wo ein Softwareprodukt auf kombinierbaren Komponenten aufbaut. Und da manche dieser Komponenten öfter in Softwareprodukten verwendet werden, sind diese bereits zuverlässiger und können mit weniger Testen in neuen Softwareprodukten wiederverwendet werden. Das verkürzt die Entwicklungszeit von neuen Produkten enorm und beschleunigt den Markteintritt."

Gleichzeitig muss aber gerade bei Software Product Lines die Abstimmung der Komponenten sehr sorgfältig geplant werden, denn oftmals wurden ja diese Bestandteile zunächst für eine andere Umgebung (wie Smartphones) entwickelt – und die "Zusammenarbeit" mit anderen Softwarekomponenten in einer neuen Umgebung (wie Tablets) kann dann voller Überraschungen sein. Oder nicht, wenn die in diesem FWF-Projekt entwickelten Algorithmen zukünftig bei der Entwicklung zum Einsatz kommen.


Zur Person
Roberto Erick Lopez-Herrejon
( http://www.jku.at/isse/content/e104563/index_html?team_view=&t=2&emp=e104563/employee_groups_wiss104569/employees104577 ) forscht am Institut für Software Systems Engineering ( http://www.jku.at/isse/content/e139609 ) der Johannes Kepler Universität Linz. Seine Forschung befasst sich u.a. intensiv mit Software Product Lines, der modellbasierten Entwicklung von Software, Softwareaufbau und -architektur sowie dem Consistency Checking. Im Rahmen seiner Karriere erhielt er bisher ein Fulbright Stipendium, ein Fellowship der University of Oxford ( http://www.ox.ac.uk ), ein IEF Marie Curie Fellowship sowie Unterstützung aus dem Lise Meitner-Programm des Wissenschaftsfonds FWF.

Publikationen:
An assessment of search-based techniques for reverse engineering feature models. R. E. Lopez-Herrejon, L. Linsbauer, J. A. Galindo, J. A. Parejo, D. Benavides, S. Segura & A. Egyed. The Journal of Systems and Software 103 (2015): 353–369
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0164121214002349

Applying multiobjective evolutionary algorithms to dynamic software product lines for reconfiguring mobile applications. G. G. Pascual, R. E. Lopez-Herrejon, M. Pinto, L. Fuentes & A. Egyed. The Journal of Systems and Software 103 (2015): 392–411 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016412121400291X

A systematic mapping study of search-based software engineering for software product lines. R. E. Lopez-Herrejon, L. Linsbauer & A. Egyed. Information and Software Technology 61 (2015): 33–51
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950584915000166


Wissenschaftlicher Kontakt:
Dr. Roberto Erick Lopez-Herrejon
Johannes Kepler Universität Linz
Institut für Software Systems Engineering Altenbergerstraße 69
4040 Linz
T +43 / 732 / 2468 - 4387
E roberto.lopez@jku.at
W http://www.jku.at

Der Wissenschaftsfonds FWF:
Marc Seumenicht
Haus der Forschung
Sensengasse 1
1090 Wien
T +43 / 1 / 505 67 40 - 8111
E marc.seumenicht@fwf.ac.at
W http://www.fwf.ac.at

Redaktion & Aussendung:
PR&D – Public Relations für Forschung & Bildung Mariannengasse 8
1090 Wien
T +43 / 1 / 505 70 44
E contact@prd.at
W http://www.prd.at

Marc Seumenicht | PR&D - Public Relations für Forschung & Bildung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Sicheres Bezahlen ohne Datenspur
17.10.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Saarbrücker Forscher erstellen digitale Objekte aus unvollständigen 3-D-Daten
12.10.2017 | Universität des Saarlandes

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Im Focus: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mobilität 4.0: Konferenz an der Jacobs University

18.10.2017 | Veranstaltungen

Smart MES 2017: die Fertigung der Zukunft

18.10.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

18.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Biokunststoffe könnten auch in Traktoren die Richtung angeben

18.10.2017 | Messenachrichten

»ILIGHTS«-Studie gestartet: Licht soll Wohlbefinden von Schichtarbeitern verbessern

18.10.2017 | Energie und Elektrotechnik