System Optimierung und Künstliche Intelligenz Innovationen für Nachhaltigkeitssysteme  (30.08 - 04.09 in Kigali)

Forschung lebt von Austausch und Dialog. Um einen konstruktiven Diskurs zu ermöglichen und den Startpunkt der Hochschulkooperation zwischen der TU Ilmenau und dem „African Institute for Mathematical Sciences“ (AIMS) in Ruanda zu setzen, flogen sieben Wissenschaftler des Fachgebiets Prozessoptimierung der TU Ilmenau und Dr. Divas Karimanzira vom Fraunhofer IOSB-AST Ende August in die Hauptstadt Rwandas, Kigali, zu einem zweitägigen Workshop zum Thema „Systems Optimization and Artificial Intelligence Innovations for Sustainability Systems of Africa". Diese Kooperation wird von der Alexander von Humboldt-Stiftung (AvH) und dem Deutschen Akademischen Austauschdienst (DAAD) aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Ziel des DAAD-Projekts ist es, mathematische Optimierungsansätze zur Förderung der Nachhaltigkeit von Wasser, Energie und Agrarprodukten in Afrika zu entwickeln. 

Zu Beginn des Workshops begrüßten der Präsident des AIMS-Zentrums, Prof. Sam Yala, und der Humboldt Forschungslehrstuhlinhaber am AIMS Rwanda, Prof. Abebe Geletu, alle Teilnehmenden, darunter die Delegation deutscher Forschender unter der Leitung von Prof. Pu Li, Dr. Edo Abraham von der TU Delft sowie ruandische Studierende und Industriepartner, mit einem äthiopischen Sprichwort: „Wenn Spinnennetze sich vereinen, können sie einen Löwen binden", um die Kraft der gemeinsamen Forschung zu verdeutlichen. Während des Workshops stellten die internationalen Referenten ihre neuesten Entwicklungen in den Bereichen Energie- und Wasserverteilungssysteme, Regelungstechnik und mathematische Optimierung vor. Die Themen sind von großem Interesse für die nachhaltige Entwicklung Afrikas, und das Publikum warf viele Fragen und Kommentare auf, die zu reichhaltigen Diskussionen, insbesondere mit den Industriepartnern, auch während der Kaffeepausen und außerhalb des Workshops führten.  

Am dritten Tag nach dem wissenschaftlichen Workshop besuchten die Teilnehmenden das AIMS Rwanda und die African Leadership University (ALU), um deren Einrichtungen zu besichtigen, die Studierenden und ihre Forschungsthemen kennenzulernen und ihre Fragen zu beantworten. Prof. Li berichtet von seinen Eindrücken vor Ort:  

„Der Besuch an diesen Universitäten hinterließ den Eindruck fortschrittlicher Bildungseinrichtungen mit Studierenden, die bereit sind, komplexe interdisziplinäre Probleme zu lösen und tiefgreifende Forschung zu betreiben.“ 

Am AIMS Rwanda forschen insgesamt 75 WissenschaftlicherInnen an den vier Forschungslehrstühlen: Datenwissenschaft, Systemoptimierung, diskrete Mathematik und Klimamodellierung. Kernstück des AIMS Zentrum ist ein 60 Masterstudierende umfassender Studiengang mit Studierenden aus 22 verschiedenen afrikanischen Ländern. 

Nach dem Workshop besuchten die Teilnehmenden ein lokales Wasserkraftwerk, wo ein Mitarbeiter eine technische Führung zu den Turbinen und Motoren, als auch dem Steuerungsraum gab. Durch weiterführende Diskussionen erhielt der Mitarbeiter einige Anregungen von den Besuchern zur Optimierung des Kraftwerksbetriebs. Der letzte Ort, den die Forschenden am Abreisetag besuchten, war die Gedenkstätte für den Völkermord in der Hauptstadt Kigali, wo die Fakten über zahlreiche Opfer des Völkermordes an den Tutsi ausgestellt wurden.

Der Besuch dieser Gedenkstätte erinnerte sie daran, zu welch weitreichenden Folgen Hass führen könne und warum er niemals toleriert werden dürfe, so Prof. Li: 

„Die Reise nach Rwanda war sowohl akademisch als auch kulturell reichhaltig, mit einem vollen Programm, vielen Diskussionen und einem erfolgreichen Erfahrungsaustausch. Wir bedanken uns herzlich für die Förderung durch den DAAD und haben uns sehr gefreut, unsere Partner von AIMS in Rwanda kennengelernt zu haben und sie Anfang Oktober nun Ilmenau begrüßen zu dürfen, um einen Workshop zum Thema „Introduction to Chance Constrained Optimization“ gemeinsam zu veranstalten.“ 

Zu diesem Workshop hat die TU Ilmenau den projektverantwortlichen DAAD-Mitarbeiter und Forschende aus weiteren Fachgebieten willkommen geheißen. Neben Vorträgen von Prof. Li und Prof. Geletu gab es einen Rundgang durch die Labore des FG Prozessoptimierung. Außerdem wurden erste Kooperationsgespräche mit dem Fraunhofer Institut IOSB-AST über weitere Projektideen zur Systemoptimierung in Bezug auf die Nachhaltigkeit in Afrika geführt. Die DAAD-Stipendiaten werden nun für das laufende Wintersemester an der TU Ilmenau bleiben, um fachspezifische Kurse zu besuchen und weiter an ihrer Forschung zu arbeiten.  

Forschungsthemen

Wir haben 2022 neben dem ursprünglichen Schwerpunkt Malaria, das Thema COVID-19 weiter bespielt und auch 2022, gerade im 1. Quartal, großes mediales Echo dafür bekommen. Das thematische Spektrum wurde aus aktuellem Anlass auf die Themen Affenpocken und Marburg Virus ausgebaut. Zu den beiden Themen haben wir Veröffentlichungen im Lancet Infectious Diseases publiziert. Das Marburg Virus ist das tödlichste bekannte Virus. Im Sommer 2022 kam es zu einem kleinen Ausbruch in Ghana. Da wir in dem Projekt eng mit dem WACCBIP zusammenarbeiten, und im Zuge dieser Zusammenarbeit der Ausbruch während eines Mobilitätsaufenthalts stattfand, beschäftigten wir uns damit, und entdeckten, dass bisher die Inkubationszeit des Marburg Fiebers zu kurz eingeschätzt worden war.

Zum derzeitigen Ausbruch des Ebolafiebers in Uganda, das durch das Sudan Ebolavirus verursacht wird, gegen das es noch keine Impfung gab, entwickelten wir ein Modell, dass sich derzeit im Begutachtungsprozess befindet. Ein Preprint ist auf MedRXiv  verfügbar.

Prof. Gideon Ngwa (University of Buea), der im Projekt der fachliche Ansprechpartner in Kamerun ist wurde als Mitglied in die Akademie der Wissenschaften in Kamerun, aufgenommen. Ein Mitgrund war die äußerst erfolgreiche COVID-19 Forschung, die wir in diesem Projekt initiierten.  
Wir konnten 2022 die Kontakte zur University of Buea transdisziplinär erweitern und knüpften Kontakte zu Vertreter:innen des National Malaria Control Program.  

Kongresse

Bei der diesjährigen Konferenz der American Society for Tropical Medicine and Hygene (ASTMH) in Seattle konnte der AIMS Cameroon Alumni (2019) Henri Christian Junior Tsoungui Obama teilnehmen. Er erhielt ein Reisestipendium der Bill & Melinda Gates Foundation für das Jahr 2020. Das Stipendium wurde zweimal verlängert, da die Konferenz 2020 und 2021 nur virtuell stattfand. Frau Patience Bwanu Iliya (AIMS Cameroon Alumni 2020) erhielt ebenfalls ein Reisestipendium für die ASTMH Konferenz. Da sie für dieses Jahr aufgrund der langen Wartezeiten kein Visum erhielt, wurde das Stipendium auf nächstes Jahr übertragen. Frau Loyce Kayanula erhielt ebenfalls ein Reisestipendium. Herr George Kamange (AIMS Cameroon Alumni 2020) erhielt ein Stipendium für die virtuelle Teilnahme an der diesjährigen ASTMH Konferenz.

(Autor: Krisitan Schneider)

04.-08. Juli 2022  

Vom 4. bis 8. Juli 2022 fand am AIMS Ruanda ein Workshop zu ausgewählten Themen der Diskreten Mathematik und Wahrscheinlichkeitsrechnung statt, organisiert von Jan Hązła, dem Humboldt-Forschungslehrstuhlinhaber am AIMS Ruanda. Der Workshop richtete sich an junge afrikanische ForscherInnen, die sich für die Bereiche Diskrete Mathematik und Diskrete Wahrscheinlichkeitsrechnung interessieren. Er wurde im Rahmen der laufenden DAAD-Kooperation zwischen der Goethe-Universität und AIMS Ruanda organisiert.

Sechzehn Teilnehmende (fünf Frauen und elf Männer) aus zehn afrikanischen Ländern (Algerien, Benin, Kamerun, Ägypten, Äthiopien, Madagaskar, Nigeria, Ruanda, Senegal und Sudan) nahmen an dem Workshop teil. Die Teilnehmenden befanden sich auf unterschiedlichen Karrierestufen, unter ihnen waren AssistenzprofessorInnen, Postdocs, derzeitige und zukünftige Doktoranden sowie AIMS-AbsolventInnen. Die Mehrheit der Teilnehmenden waren AIMS-Alumni, aber es gab auch einige Neulinge, die zum ersten Mal die Gelegenheit hatten, AIMS kennenzulernen. 

Jeder Teilnehmende hielt einen dreißigminütigen Vortrag über ein Thema der diskreten Mathematik seiner Wahl, das mit seiner bisherigen Forschung zusammenhing. Es wurde ausreichend Zeit für die Fragen der Zuhörenden eingeräumt, und oft schloss sich an einen Vortrag eine lebhafte Diskussion an. Die Vorträge ermöglichten es den Teilnehmern, sich mit verschiedenen Forschungsrichtungen im Zusammenhang mit diskreter Mathematik, Kombinatorik, Wahrscheinlichkeit und Informatik vertraut zu machen.

Die Tagen bestanden aus zumeist vier Vorträgen, die durch Mittags- und Kaffeepausen unterbrochen wurden, so dass Zeit zum Zusammenkommen und Austausch blieb. Am ersten Tag gab Jan Hązła einen zweistündigen Vortrag über die jüngsten Fortschritte beim Verständnis der rechnerischen Komplexität des Lernens mit neuronalen Netzen. 

Die Vorträge der Teilnehmenden umfassten Themen wie: 

• Einsatz von maschinellem Lernen und Kombinatorik beim Entwurf von Handels- und Preisbildungsalgorithmen,
• Eigenschaften von Kommunikationskanälen in der Informationstheorie
• Struktur von Nahfeldern in der abstrakten Algebra,
• Anwendung des Lempel-Ziv-Kompressionsalgorithmus zur Schätzung der relativen Entropie,
• Themen der extremalen Graphentheorie einschließlich Dominanzzahl, quantenchromatische Zahl und Zählung induzierter Untergraphen,
• Aspekte des Simplex-Algorithmus für die lineare Programmierung
• Analyse evolutionärer Algorithmen,
• das Kongruenzproblem in der Zahlentheorie; Themen der Kombinatorik einschließlich ganzzahliger Partitionen und katalanischer Zahlen,
• zelluläre Automaten und Ergodentheorie,
• sowie einige Techniken aus der angewandten Wahrscheinlichkeitsrechnung und Statistik.

Die Links zu den Aufzeichnungen aller Präsentationen finden Sie hier mit freundlicher Genehmigung von AIMS Ruanda. 

Es ist erwähnenswert, dass mehrere der Workshop-Teilnehmer die Zusammenarbeit mit Jan Hązła in verschiedenen Funktionen fortgesetzt haben, und zwar als Doktoranden (Donald Kougang Yombi und Abdou Majeed Alidou), als Postdoc (Dr. Tina Ambinintsoa Malalanirainy Rakotoson) und als Gastwissenschaftler (Dr. Prudence Djagba).  

Wir möchten uns bei den Mitarbeitenden von AIMS Ruanda für die hervorragende technische und administrative Unterstützung bedanken. Wir sind auch dankbar für die finanzielle und administrative Unterstützung durch den DAAD und die Goethe-Universität sowie die Alexander von Humboldt-Stiftung.

(Autor: Jan Hazla)

Anlässlich des 10-jährigen Jubiläums des AIMS-Kooperationsprogramms veranstaltete AIMS Ghana vom 29. August bis 1. September 2022 eine Konferenz mit dem Thema Mathematik und ihre Anwendungen. 

Zum Artikel auf der AIMS Ghana Internetseite

Zum Artikel über CMIA in einer lokalen Zeitung

 

Q: Was ist der Titel Ihrer Forschungsarbeit?
A: Der Titel meines Dissertationsthemas lautet 'Sufficient Stochastic Maximum Principles under Contagion with Applications in Finance'.

Q: Warum ist dieses Thema in Ihrem Forscungsfeld von Relevanz?  
A: Diese Forschung soll einen Beitrag zur Literatur über Finanzmathematik leisten, insbesondere in den Bereichen, in denen die verwendeten Modelle die Ansteckungseffekte des Marktes berücksichtigen. Investoren und Fondsmanager werden mathematisch abgesichert, warum Diversifizierung allein, ohne Berücksichtigung des Ansteckungseffekts, nicht der beste Ansatz zur Abschwächung bestimmter Risiken auf dem Markt ist.

Q: Was war bisher Ihre größte Erkenntnis oder auch die größte Herausforderung?  
A: Mathematische Modelle der Finanzmärkte, die Ansteckungseffekte berücksichtigen, wurden durch die Tatsache motiviert, dass die früheren Modelle nicht in der Lage waren, zu erfassen, was zu Finanzkrisen führt, wie sie in der Vergangenheit und auch in jüngster Zeit beobachtet wurden.  Diese neu vorgeschlagenen Modelle wurden entwickelt, um die Realität der Finanzmärkte so weit wie möglich zu imitieren.

Q: Hat das Stipendium Ihre beruflichen Ambitionen beeinflusst? 
A: Ich konnte dieses Promotionsprogramm dank eines Stipendiums des DAAD absolvieren, das meine Studiengebühren an der Universität sowie monatliche Stipendien und jährliche Forschungsbeihilfen während der gesamten Dauer des Programms abdeckte. Das Stipendium ermöglichte es mir auch, zweimal einen Forschungsaufenthalt in Deutschland zu absolvieren. Während meines zweiten Forschungsaufenthalts in Deutschland konnte ich meine Forschungsergebnisse auf dem 13th International Workshop on Stochastic Models and Control, Lubeck-Travemunde, Deutschland, vom 14. bis 18. März 2022, und auf der 40th Finnish Summer School on Probability and Statistics, Lammi, Finnland, vom 23. bis 27. Mai 2022, vorstellen. 

Q: Was steht in nächster Zeit an?
A: Nach erfolgreichem Abschluss des Programms werde ich weitere Forschungsprojekte übernehmen, um einen größeren Beitrag auf dem gewählten Forschungsgebiet und verwandten Gebieten zu leisten. Ich würde auch gerne in der Wissenschaft bleiben, um mehr Menschen mit ähnlichen Interessen auszubilden.

(Fragen: DAAD - P24; Antworten: Edward Korveh)