Einträge über Science (Ältere Einträge, Seite 6)

I am a physicist, so naturally I also have things to share in this area. Here you can find articles about physics, but also about mathematics and statistics. Sometimes I also look at financial matters, these sometimes end up in this category.


Graphentheorie in On Tour

Die Tage habe ich das Spiel On Tour gespielt. Man soll eine Band-Tournee durch die USA planen. Dabei hat man als Spielbrett diese Landkarte. In die einzelnen Staaten trägt man dann gewürfelte Zahlen ein. Man würfelt mit zwei W10 und setzt die beiden Ziffern in beiden Kombinationen zusammen. Würfelt man 1 und 5, so muss man die 15 und 51 eintragen. Es ist noch ein wenig eingeschränkt, wohin man diese eintragen darf.

Sind alle Felder mit Zahlen voll, so muss man die Städte verbinden. Dabei darf man jeden Staat nur maximal einmal besuchen, und man darf nur Zahlen verbinden, die nicht absteigend sind (gleich ist okay). In meinem Kopf verschwindet die Landkarte, und es bleibt nur noch ein ungerichteter Graph übrig, der so aussieht:

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Nachbarn bei Tridom

Tridom ist ein klassisches Spiel, bei dem man letztlich Domino mit Dreiecken spielt. Man hat eine gewisse Anzahl Steine auf der Hand, die man anlegen muss. Der erste Spieler, der keine Steine mehr auf der Hand hat, beendet das Spiel. Man bekommt beim Legen des Steines die Summe der Ziffern als Punkte gutgeschrieben; der Spieler mit den meisten Punkten gewinnt.

Es gibt alle Kombinationen der Zahlen von 0 bis 5 auf den Ecken. Es gibt 6 Steine, die überall die gleichen Zahlen haben. Dann gibt es 6 × 5 = 30 Steine, die zweimal die gleiche Zahl haben. Und dann gibt es noch 6 × 5 × 4 / 3 = 40 Steine, die drei unterschiedliche Zahlen haben, insgesamt also 76.

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Faktor-V-Mutation und SARS-CoV-2-Impfung

Es gab viel Wirbel um die Sinusvenenthrombosen (SVT), die durch die SARS-CoV-2-Impfungen ausgelöst worden sind. Dabei war der Impfstoff von AstraZeneca besonders auffällig. Da die jüngeren Leute ein eher geringes Risiko haben, mit COVID-19 in die Intensivstation zu müssen, hatte man daher den Impfstoff von AstraZeneca eher für die älteren Leute vorgesehen, weil dort die Risikoabwägung (Thrombose gegen Intensivstation) wieder aufging. Die jüngeren Leute sollten lieber auf einen mRNA-Impfstoff warten.

Nun wollten dann die älteren Leute auch lieber mRNA-Impfstoffe und haben die Vektor-Impfstoffe abgelehnt. Mir war das eigentlich egal, ich hätte jeden zugelassenen Impfstoff gerne genommen. Aber das war gar nicht so einfach. Ich hatte eine Hausarztpraxis in Niederkassel gefunden, die auch für externe Impfungen mit AstraZeneca-Impfstoff angeboten haben. Mir wollten sie das jedoch nicht geben, aufgrund meiner heterozygoten Faktor-V-Leiden-Mutation.

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Counting Passing Cars

Using an audio recording of the cars passing by my window, I try to extract the number of cars that have passed by. I introduce the waveform and spectrum, construct a filter bank, find peaks. In a second part I play around with dimensionality reduction algorithms.

I have a street in front of my condo, and cars regularly drive by. I was wondering how much traffic that street has. Sometimes I read something like “street with 10.000 cars per day” and wonder how much that really is. To get a sense of proportional I wanted to count the cars on my street.

Just taking a flipchart, pencil, lawn chair and counting them would be possible, but totally labor intensive. And I would lack the exact timing of each car, I couldn't see whether it is Poisson distributed. So there are a lot of bad reasons to do this. I somehow have to make a computer count this. For this I would need a data stream.

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Reinforcement Learning with Frozen Lake

I have tried out reinforcement learning with the frozen lake example. In this post I will introduce the concept of Q-learning, the TensorFlow Agents library, the Frozen Lake game environment and how I put it all together.

When I play board games, I cannot stop myself from seeing the abstract rules, building a decision tree in my head and wondering how one could play an optimal round. This has led me to write a couple articles about board games. The one about Scythe features an implementation of parts of the game and the attempt to find a good game using just beam search. That was a first step, but I want to do better.

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Hysterese mit Inzidenz

Wir hangeln uns ja aktuell von einem »Lockdown« zum nächsten. Dazwischen dann mit Lockerungen und dann wieder einem »Lockdown«. Auf Twitter habe ich was schönes gesehen, das wollte ich hier einmal reproduzieren. Wenn man eine feste Grenze für die Inzidenz hat, so wie aktuell die 100, dann führt das nicht zu einem Ende vom Lockdown.

In einem ganz einfachen Modell habe ich bei einer Inzidenz von 90 gestartet und eine Steigerung von 10 % jeden Tag angenommen, die es keinen »Lockdown« gibt. Und sobald das Mittel der letzten drei Tage über 100 ist, kommt der »Lockdown« und die Inzidenz nimmt jeden Tag um 10 % ab. Damit erhält man für die nächsten 30 Tage dann diesen Verlauf:

Wir gehen also zwischen »Lockdown« und Lockerungen hin und her, und es kommt alles zyklisch. Mit dieser Regelung alleine wird man die Pandemie nicht regulieren können.

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Lacking Uncertainty Estimations in Natural Language Processing Papers

My university background is physics, which is an empirical science. All measurements or derived quantities must be quoted with an error estimate. This should ideally include both a statistical and a systematic error. If you take a look at the paper from my thesis, you will find this table:

It contains the comparison of a certain quantity (pion scattering length) from various other publications and our result. There are uncertainties given, either as a combined value or as separate statistical and systematic ones. One result by the ETMC even has asymmetric systematic errors quotes. You can look at these numbers and figure out whether the result from that work lies within the error budget of the other works. The raw table isn't as meaningful as a plot, but you could create a plot from the table. And one can see that our result has a one standard deviation confidence interval of $[-0.0567, -0.0395]$, so it easily encompasses all previous work. Also it has the largest error of all results, so it is the least precise addition to the field. This is okay as it was just an auxiliary result and we weren't aiming for precision there.

In my new field, natural language processing (NLP), I cannot say the same thing. There are no error estimates whatsoever! And it really annoys me, you cannot really derive any conclusion from the data. Take for instance the paper on BERT. They show a table where they compare two variants of the BERT model with other language models in various tasks:

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Energieeffizienz-Label

In Deutschland gibt es jetzt ein neues Energielabel (siehe tagesschau.de). Das löst das alte Label ab, hat aber letztlich die gleichen Kategorien wie vorher.

Als die damals das Label eingeführt hatten, fand ich das wirklich großartig. So können Verbraucher recht einfach sehen, wie effizient das Gerät mit Ressourcen umgeht. Zugleich sind die Hersteller dann im Zugzwang ihre Geräte effizienter als die der Konkurrenz zu machen, wenn sie weiter verkaufen wollen.

In der Implementierung haben sie dann allerdings sehr kurzfristig agiert, genauso wie die Grafikkartenhersteller. Jenen fällt nämlich immer nach 10 Generationen auf, dass ihr Nummernschema zu Ende ist. So habe ich bei NVIDIA erlebt, wie sie 8x00 und dann 9x00 hatten. Sie haben ja vier Ziffern, aber nutzen nur die erste für die Generation, und die zweite für die Abstufung. Die restlichen zwei danach sind sinnlose Nullen. Und danach haben sie dann die 1x0 rausgebracht, die 2x0 bis zur 9x0. Ja, da war es dann wieder zuende. Und dann haben sie die 10x0 rausgebracht. Naiv hoffte ich auf zweistellige Generationen, aber sie haben die 20x0 rausgebracht. Aktuell sind wir bei 30x0, also in ein paar Jahren haben wir dann 90x0 und NVIDIA wird wieder überrascht sein.

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Fensterfalzlüfter

Ich kann normalerweise ganz gut hören, ob irgendwo noch ein Fenster geöffnet ist. Der Straßenlärm klingt dann ganz anders. Mit geschlossenen Fenstern ist es dann deutlich dumpfer. In meiner neuen Wohnung habe ich aber häufig den Eindruck, dass die Fenster nicht ganz geschlossen waren. Da es sich um Plastikfenster handelt, kann man das eigentlich nicht falsch machen. Aber vorbeifahrende Autos sind irgendwie immer so präsent …

Irgendwann habe ich mir mal die Fenster genauer angeschaut. Und da habe ich nicht schlecht gestaunt, als ich auf das Konzept Fensterfalzlüfter gestoßen bin. Das ganze ist ein Konzept zur kontinuierlichen Raumbelüftung. Das Fenster hat zwei Dichtungen, einmal im Rahmen und einmal im Flügel. Die Dichtung im Rahmen ist unten an der Seite unterbrochen, sodass dort kalte Luft von außen dort einströmen kann.

Diese wird erwärmt und steigt dann zwischen der inneren und äußerden Dichtung auf. Sie kommt oben an, dort ist der Fensterfalzlüfter eingebaut. Letztlich ist das nur ein Plastikteil mit einer kleinen Klappe. Sollte es zu sehr ziehen, kann sie den Spalt somit schließen.

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Simulating Scythe: Greedy Beam Search

Scythe is a board game from the engine builder genre. Is a rather complicated game as there are different types of entities and actions around. It is about collecting resources, deploying the hero, workers, mechs and buildings, moving them around, fighting with others, accomplishing achievements. In the end one obtains a score based on the number of achievements, controlled hexes and resources as well as left-over money and some bonus points.

The player will pick a random player mat, the following shows the innovative mat (German version):

Every turn one picks a new column and performs the top, bottom or both actions. There are certain patterns that lead to successful game play. Most importantly one should strive to do both the top and bottom action in order to get the most done each turn. With the innovative board, the bolster action is combined with the build action. Therefore one should have some wood ready when picking this to perform both actions. But wood is collected either through the trade or produce top-row actions, which have their own bottom-row actions. Different player mats have different arrangements, therefore the cycles that one goes through are also different. After playing this game a couple of times, one gets better at building a good engine.

Whenever I play such games, I see a game graph in my head. Abstract models seem to be more present than the beautiful artwork of the game. So I spend a whole rainy Saturday actually implementing a subset of the game and let if figure out good ways to build that engine. In this blog post I want to share the code, explain my approach and share some results. There is so much more to be done, but there is only so much one can do in one sitting.

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