Geschriebene Artikel über Big Data Analytics

Benjamin Aunkofer

Interview – Big Data Analytics in der Versicherungsbranche

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Welche Rolle spielt Big Data in der Versicherungsbranche? Ist Data Science bereits Alltag in einer Versicherung? Wenn ja, welche Analysen werden bereits durchgeführt?
Hierzu haben wir den Datenarchitekt Norbert Schattner befragt und sehr interessante Antworten erhalten:

Norbert Schattner ist Informations- & Datenarchitekt bei der Helsana AG in der Schweiz. Die Helsana AG ist ein Versicherungskonzern mit Schwerpunkt auf Kranken- und Unfallversicherung. Der Konzern beschäftigt rund 3.500 Mitarbeiter und macht 5,5 Milliarden Franken Umsatz.

Data Science Blog: Herr Schattner, welcher Weg hat Sie in die Datenarchitektur und in das Data Warehouses bei Helsana geführt?

Schattner: Ich habe in meiner Berufslaufbahn kontinuierlich im Umfeld Business Intelligence und Data Warehousing gearbeitet und konnte mich zum Experten für unternehmensübergreifende Architektur von Daten- und Informationsflüssen weiter entwickeln.

Nachdem ich eine Zeit lang als Senior Consultant für eine Unternehmensberatung tätig war, bin ich zur UBS Bank nach Zürich gegangen und war für das Rollout Management im Data Warehouse Kontext tätig. Schlussendlich wechselte ich dann zur Helsana Versicherungsgruppe, denn dort konnte ich in ein Projekt einsteigen, bei dem ich die Datenarchitektur von Grund auf neu aufbauen durfte. Durch dieses Projekte hatte ich die Gelegenheit eine nachhaltige Datenarchitektur von Grund auf aufzubauen und in weiteren Grossprojekten mitwirken.

Data Science Blog: Die Medien überschlagen sich in letzter Zeit geradezu beim Thema Big Data, dabei scheint jede Branche diesen Begriff für sich selbst zu interpretieren. Was bedeutet Big Data für Sie? Wie sieht Big Data aus der Perspektive der Versicherungsbranche aus?

Schattner: Big Data ist sicherlich ein großes Schlagwort der IT geworden. In der Versicherungsbranche ist Big Data ein großes und sehr aktuelles Thema. Auch die Helsana spricht von Big Data und versteht darunter große und verteilte Mengen an strukturierten und unstrukturierten Daten.

Zum gegenwärtigen Zeitpunkt sind die wichtigsten und größten Datenbestände der Helsana in strukturierter Form vorliegend. Strukturierte Geschäftsdaten sind für uns der wichtigste Anteil vom Big Data Kuchen. Oftmals gehen in der Diskussion von Big Data die strukturierten Daten unter, obwohl auch diese eine enorme Menge und Vielfalt darstellen und somit zur Herausforderung werden können – ganz egal, was aktuelle Technologieanbieter hier versprechen mögen.

In der nahen Zukunft werden auch Social Media Daten wichtig, beispielsweise um die Kundenzufriedenheit besser zu erfassen. Erste Ansätze verfolgen wir zwar schon, dennoch muss ehrlicherweise gesagt werden, dass die Projekte noch in den Kinderschuhen stecken.

Data Science Blog: Welche Rolle spielt Data Science in der Versicherungsbranche?

Schattner: Data Science spielt eine große Rolle, auch wenn wir in unserer Versicherung das Wort Data Science nicht aktiv verwenden, denn auch unsere Analysen von unstrukturierten Daten und mit statistischen Modellen laufen bei uns unter dem Begriff Business Intelligence.
Daten sind der einzige „Rohstoff“, den Versicherungen haben und da wir uns mit den Themen Gesundheit und Unfällen beschäftigen, spielen wir auch für die Forschung eine wichtige Rolle. Einige Kennzahlen sind teilweise von öffentlichem Interesse, wie etwa der Krankenstand, und bei der Ermittlung gibt es aus Sicht der Datenerhebung und statistischen Auswertung sehr viele Aspekte zu berücksichtigen.

Data Science Blog: Arbeiten Data Scientist eher in eigenen abgekapselten Abteilungen oder in der IT-Abteilung oder in den Fachbereichen?

Schattner: Wir haben keine zentrale Data Science Abteilung, sondern trennen zwei Bereiche:

Das Data Warehouse ist in der IT angesiedelt und hat die Aufgabe, alle erfassten und erfassbaren Daten zu sammeln und den Fachbereichen zur Verfügung zu stellen. In der Regel werden vom Data Warehouse strukturierte Daten bereit gestellt, vermehrt werden jedoch auch unstrukturierte Daten, beispielsweise aus eingescannten Dokumenten, von den Fachbereichen angefordert.

Die gezielten Analysen finden dann weitgehend unabhängig voneinander in den einzelnen Fachbereichen statt, wobei einige Fachbereiche natürlich eigene Analyse-Teams aufgebaut haben.

Data Science Blog: Welche Tools werden für die Datenauswertung bei der Helsana überwiegend eingesetzt?

Schattner: Wir arbeiten überwiegend mit den Business Intelligence Lösungen IBM Cognos Suite, QilikTech QlikView und für statistische Analysen setzen wir vor allem auf SAS Analytics und zunehmend auch auf die Open Source Statistiksprache R ein.

Dr. Dietrich Wettschereck

Kontrolle und Steuerung von Spark Applikationen über REST

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Apache Spark erfreut sich zunehmender Beliebtheit in der Data Science Szene da es in Geschwindigkeit und Funktionalität eine immense Verbesserung bzw. Erweiterung des reinen Hadoop MapReduce Programmiermodells ist. Jedoch bleibt Spark ebenso wie Hadoop eine Technologie für Experten. Es erfordert zumindest Kenntnisse von Unix-Skripten und muss über die Command-Line gesteuert werden. Die vorhandenen Weboberflächen bieten nur sehr rudimentäre Einblicke in den Status von Spark Applikationen:

spark basic ui

Der Spark JobServer ist ein Open-Source Projekt, das eine REST-Schnittstelle (Representational State Transfer) für Spark anbietet. (In diesem YouTube Video wird anschaulich erläutert, was ein REST API ist und wozu es verwendet werden kann.) Vereinfacht gesagt, ermöglicht es der JobServer, Spark über diese REST-Schnittstelle als Webservice zu nutzen. Es ist möglich, über den JobServer Spark Kontexte und Applikationen (Jobs) zu managen und Kontexte über verschiedene Aufrufe der REST-Schnittstelle hinweg wiederzuverwenden. Jar Files mit Job Implementierungen können vorab über die gleiche Schnittstelle installiert werden, so dass es z.B. möglich ist, auch sehr feingranulare Jobs über die Schnittstelle zu steuern (vollständige Liste der Features).

Der Spark JobServer ist bereits bei verschiedenen Organisationen (u.a. Netflix, Zed Worldwide, KNIME, Azavea und Maana) im Einsatz. Diese Nutzer des JobServers verwenden ihn meist versteckt „unter der Haube“, um so ihre jeweiligen Werkzeuge Big-Data tauglich zu machen. So nutzt KNIME ab dem nächsten Release (Oktober 2015) den JobServer. Anwendern können dann Spark Jobs über eine grafische Oberfläche bequem von ihrem lokalen Rechner aus starten, monitoren und stoppen. In der folgenden Abbildung sehen Sie, wie Trainingsdaten auf den Server hochgeladen werden, um daraus verschiedene Machine Learning Modelle zu erstellen. Diese Modelle können dann auf Testdaten angewandt werden, die z.B. aus einer HIVE-Tabelle nach Spark importiert werden:

spark knime hive jobs

Jeder der dargestellten Knoten mit der Überschrift „Spark ***“, wie z.B. „Spark Decision Tree“, ist ein Spark Job im Sinne des JobServers. Weitere Beispiele für Spark Jobs sind verschiedene Vorverarbeitungsaufgaben wie das Sampling einer Tabelle oder ein Join über mehrere Tabellen.

Spark kann über den JobServer im Standalone-, Mesos- oder im Yarn-Client-Modus angesteuert werden. Eine sehr hilfreiche Erweiterung der eigentlichen Spark-Funktionalität bietet der JobServer über die sogenannten „Named RDDs“ an. Ein Resilient Distributed Dataset (RDD) ist im Prinzip ein Datensatz bzw. eine Tabelle in Spark. „Named RDDs“ erlauben die Weiterverwendung von RDDs über einzelne Jobs hinweg. So kann man Jobs modularer aufbauen und leichter Zwischenergebnisse inspizieren.

Ich kann aus eigener Erfahrung sagen, dass der JobServer die geeignete Middleware zwischen einer benutzerfreundlichen Oberfläche und Spark ist. Die Open-Source Community ist hier sehr aktiv und der JobServer lässt sich bei Bedarf gut erweitern.

Nico Hezel

KNN: Vorteile und Nacheile

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Wie jedes Verfahren haben auch künstliche Neuronale Netzwerke (KNN) ihre Vor- und Nachteile. Im Folgenden sollen einige benannt werden.

Vorteile

  • KNN können bessere Ergebnisse liefern als existierende statistische Ansätze, wenn das Problem ausreichend komplex ist. Das heißt, wenn das Problem nicht linear ist und es viele Eingabedaten mit vielen Variablen gibt.
  • Es gibt zwar sogenannte Hyperparameter, die je nach Einstellung das Netzwerk besser oder schlechter trainieren lassen, diese müssen aber nur manuell geändert werden, wenn neue Rekordwerte erreicht werden sollen. Ansonsten gibt es verhältnismäßig wenige Parameter.
  • Auch für stark nicht lineare Probleme, werden gute Lösungen gefunden. Dazu zählen fast alle Probleme die aus einer Datenbasis stammen, wo menschliche oder andere unvorhersehbare Einflüsse wirken.
  • Für große Datenmengen und viele Datendimensionen (Einflussfaktoren) können sinnvolle Ergebnisse ermittelt werden.

Nachteile

  • Künstliche Neuronale Netzwerke sind oftmals wie eine Blackbox. Dadurch ist es nicht möglich nachzuverfolgen wieso ein Netzwerk eine bestimmte Entscheidung getroffen hat.
  • Damit ein allgemeingültiges gutes Ergebnis berechnet werden kann, bedarf es vieler Beispiel-/Trainingsdaten.
  • Aufgrund der hohen Datenmenge, ist es sinnvoll die Berechnungen auf einer Grafikkarte durchzuführen.
  • Während des Trainings finden sehr viele Gewichtsänderungen in kurzer Zeit statt. Daher ist ein Aufteilen der Arbeit in ein verteiltes System wie Apache Hadoop oder Apache Spark nur schwer möglich und führt oftmals zu drastischen Performanz Einbußen.
  • Ist das Problem mathematisch beschreibbar sind KNNs oftmals schlechter oder maximal genauso gut.
  • Es ist zu keinen Zeitpunkt bekannt ob die gefundene Lösung das globale Optimum ist oder ob es noch bessere Lösungen gibt.

In der Forschung gibt es viele Ansätze um einige der Nachteile aufzuheben.

 

Anne Rozinat & Christian W. Günther

Komplexe Abläufe verständlich dargestellt mit Process Mining

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Stellen Sie sich vor, dass Ihr Data Science Team dabei helfen soll, die Ursache für eine wachsende Anzahl von Beschwerden im Kundenservice-Prozess zu finden. Sie vertiefen sich in die Daten des Service-Portals und generieren eine Reihe von Charts und Statistiken zur Verteilung der Beschwerden auf die verschiedenen Fachbereiche und Produktgruppen. Aber um das Problem zu lösen, müssen die Schwachstellen im Prozess selbst offengelegt und mit dem Fachbereich kommuniziert werden.

Nach Einbeziehen der CRM-Daten sind Sie mit Process Mining schnell in der Lage etliche unerwünschte Schleifen und Verzögerungen im Prozess zu identifizieren. Und diese Abweichungen werden sogar vollautomatisch als graphische Prozesskarte abgebildet! Der Fachbereichsleiter sieht auf den ersten Blick, wo das Problem liegt, und kann umgehend Verbesserungsmassnahmen einleiten.

Genau hier sehen wir eine zunehmende Begeisterung für Process Mining über alle Branchen hinweg: Der Datenanalyst kann nicht nur schnell Antworten liefern sondern auch die Sprache des Prozessmanagers sprechen und die entdeckten Prozessprobleme eindrücklich visuell machen.

Data Scientists bewegen sich geschickt durch eine ganze Reihe von Technologien. Sie wissen, dass 80% der Arbeit in der Aufbereitung und dem Säubern der Daten besteht. Sie können mit SQL, NoSQL, ETL-Tools, Statistik, Skriptsprachen wie Python, Data-Mining-Werkzeugen und R umgehen. Aber für viele von ihnen ist Process Mining noch nicht Teil der Data-Science-Tool-Box. Read more

Benjamin Aunkofer

Auswertung von CSV- und Log-Dateien auf der Command Line mit awk

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Die Programmiersprache awk ist klein und unscheinbar, unter Data Science at the Command Line-Verfechtern allerdings ein häufiges Tool zur schnellen Analyse von CSV-Datein und vergleichbar strukturierten Daten (z. B. Logfiles) mit über Trennzeichen differenzierten Spalten. Auch in Shell-Skripten kommt awk meistens dann zum Einsatz, wenn es um den Zugriff, aber auch um die Manipulation von solchen Dateien geht.

Data Science at the Command Line: Facing the Future with Time-Tested Tools

awk wird als Skriptsprache mit nahezu jeder Linux-Distribution ausgeliefert und ist recht einfach eingehalten, kann jedoch auch schnell kryptisch werden. awk wird meistens ad-hoc auf der Kommandozeile ausgeführt, es können jedoch auch Skripte in awk-Dateien erstellt werden. Häufiger Grund für den Einsatz von awk ist die Anwendung von regulären Ausdrücken (Textmustersuche) auf Logdateien.

Nachfolgend ein kleines Tutorial für den Schnelleinstieg in diese interessante Analysetool auf Kommandozeile. Die CSV-Datei einfach hier downloaden: (einen Überblick über den Inhalt bietet auch eine Einführung in Python, die ebenfalls auf dieser CSV-Datei basiert)

CSV-Datei gedownloaded? Dann kann es losgehen im Terminal jeder beliebiger Linux-Distribution:

Anweisungen, so auch die obige, beginnen stets mit “awk”. Da diese CSV-Datei nicht mit dem Standardchar (Komma), sondern einem vertikalen Strich (Pipe) getrennt ist, muss dies via “-F’|'” angegeben werden. Wäre das Trennzeichen ein Semikolon, wäre der Parameter “-F’;'” korrekt. Der Befehl gibt jede Zeile des CSV in der Kommandozeile aus, so dass wie nachfolgend den gesamten Dateiinhalt sehen:

Viele CSV- und Logdateien haben keinen Header, diese hier hat jedoch die erste Zeile als Header, die daher bei der Analyse nicht als Werte-Zeile fehlinterpretiert werden darf, daher wird nachfolgend von nun an die Anweisung “NR>1” mitgegeben:

Spalten werden in awk über das Dollarzeichen angesprochen, folgende Anweisung zeigt uns alle Zeilen der zweiten Spalte:

Diese Skriptsprache beherrscht assoziative Arrays. Es können demnach auch nicht-numerische Schlüssel für den Zugriff auf Datenfelder verwendet werden. Dies machen wir uns für das Anzeigen aller Standorte mit Angabe der jeweiligen Mitarbeiterzahl an dem Standort zu nutze. Die Variable a speichert alle Mitarbeiterzahlen in Spalte 4 über den Schlüssel des Standortnamens in Spalte 2, dann endet der Anweisungsblock und es folgt eine For-Schleife, die alle Schlüsselwerte ausgibt und den dazugehörigen Speicherwert (Mitarbeiterzahl) ausgibt.

Auch If-Anweisungen sind einfach machbar. Folgendes Beispiel unterscheidet die Zeilennummern (Spalte1) nach geraden und ungeraden Zahlen und gibt den dazugehörigen Standortnamen (Spalte 2) aus.

Folgendes Beispiel klassifiziert alle Standorte mit weniger als 10 Mitarbeitern, allerdings nicht über “if…else…”, sondern über die Kurzabfrage nach dem Schema a>b?”True”:”False”.

Folgendes Code-Beispiel zeigt die Zählung der Vorkommnisse (Entsprechung: GROUP BY Spalte3, Count(*)).

Etwas umformuliert, können wir auch die Werte pro Gruppe aufsummieren, nachfolgend beispielhaft der Gewinn (Einnahmen aus Spalte 5 – Kosten aus Spalte 6) und die Mitarbeiterzahl über die jeweilige Gruppe.

Das Zusammenführen von Zeichenketten erfolgt simpel durch Aneinandereihung:

Ein letztes Beispiel möchte keine einzelnen Zeilen des Datensatzes auflisten und auch keine Gruppierung unterscheiden, sondern die Zusammenfassung über die Angabe der gesamten Mitarbeiteranzahl und der Gewinn-Summe über alle Standorte angeben.

Fazit

Als Programmiersprache ist awk sicherlich nur ein nice-to-have, aber wenn man das Prinzip dieser Sprache erstmal verstanden hat, kann sie ein interessantes Tool darstellen, um schon auf Kommandozeilenebene sich schnell einen Überblick über Datenbestände zu beschaffen und auch um Datenqualitätstests durchzuführen.

 

Nico Hezel

KNN: Was sind künstliche neuronale Netze?

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Ein künstliches neuronales Netzwerk (KNN) besteht aus vielen miteinander verbundenen künstlichen Neuronen. Die einzelnen Neuronen haben unterschiedliche Aufgaben und sind innerhalb von Schichten (layer) angeordnet. Sogenannte Netzwerk Topologien geben vor, wie viele Neuronen sich auf einer Schicht befinden und welche Neuronen miteinander vernetzt sind. Neuronale Netze werden im Bereich der künstlichen Intelligenz eingesetzt und sind ein Ansatz im Machine Learning, haben hier jedoch besondere Vor- und Nachteile.

Es gibt drei Schicht- und vier grundlegende Neuronen-Arten. Bei den Schichten wird unterschieden zwischen Eingabe-, Ausgabe- und verborgener Schicht (Visible, Output & Hidden Layer). Alle eingehenden Daten werden an den Eingabe-Neuronen (Visible Unit) in der Eingabeschicht angelegt. Diese wiederum geben die Daten weiter an die verbundenen Ausgabe- oder verborgenen Neuronen (Output, Hidden Unit). Zusätzlich kann in jeder Schicht noch ein Bias Neuron (Bias Unit) zum Einsatz kommen. Read more

Benjamin Aunkofer

Datenvisualisierung in Python [Tutorial]

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Python ist eine der wichtigsten Programmiersprachen in der Data Science Szene. Der Einstieg in diese Programmiersprache fällt zum Beispiel im Vergleich zur Programmiersprache R etwas einfacher, da Python eine leicht zu verstehende Syntax hat. Was jedoch beim Einstieg zur größeren Hürde werden kann, ist der Umgang mit den unüberschaubar vielen Bibliotheken. Die wichtigsten Bibliotheken für Data Science / Data Analytics stellte ich bereits in diesem Artikel kurz vor. Hier ist es wichtig, einfach erstmal anzufangen – Warum nicht mit den ersten Datenvisualisierungen?

Natürlich gibt es sehr viele tolle und schön anzusehende Visualisierungen, die teilweise sehr speziell sind. In einem anderen Artikel stellte ich beispielsweise die 3D-Visualisierung von Graphen mit Python und UbiGraph vor. Dieser Artikel hier gilt aber vor allem Einsteigern, die erste Diagramme hergezaubert bekommen möchten.

Damit wir beginnen können, müssen im Python-Skript zuerst zwei wichtige Bibliotheken eingebunden werden:

import matplotlib.pyplot as pyplot

import pandas as pandas

Beide Bibliotheken können direkt gedownloaded werden, sind aber auch im Anaconda Framework enthalten (Empfehlung: Anaconda für Python 2.7).

Die Bibliothek matplotlib (library) ist mit Sicherheit die gängigste zur Visualisierung von Daten. Die Bibliothek pandas ist eine der verbreitetsten, die für den Zugriff, die Manipulation und Analyse von Daten eingesetzt wird. In diesen einfachsten Beispielen benutzen wir pandas nur zum Zugriff auf Daten.

Für die Visualisierung benötigen wir natürlich auch ein Beispiel-Dataset (Tabelle). Eine solche kann sich jeder selber erstellen, wer die nachfolgenden Code-Beispiele aber nachstellen möchte, kann diese Daten verwenden:

Diese 20 Zeilen können einfach via Copy + Paste in eine Datei kopiert werden, die dann als data-science-blog-python-beispiel.txt abgespeichert werden kann.

Der Zugriff von Python aus erfolgt dann mit pandas wie folgt:

dataset = pandas.read_csv("data-science-blog-python-beispiel.txt", sep="|", header=0, encoding="utf8")

Kreisdiagramm

Ein Kreisdiagramm (Pie Chart) lässt sich basierend auf diesen Daten beispielsweise wie folgt erstellen:

kreisdiagramm

Balkendiagramm

Balkendiagramme können einfachste Größenverhältnisse aufzeigen.

balkendiagram

Gestapeltes Balkendiagramm

Mit nur wenig Erweiterung wird aus dem einfachen Balkendiagramm ein gestapeltes.

balkendiagram-gestapelt

Histogramm (Histogram)

Histogramme sind ein wichtiges Diagramm der Statistik, mit dem sich Verteilungen aufzuzeigen lassen.

histogramm

Lininediagramm

Der Beispieldatensatz gibt kein gutes Szenario her, um ein korrektes Liniendiagramm darstellen zu können; aber dennoch hier ein How-To für ein Liniendiagramm:

line-diagam

Kastengrafik (Box Plot)

Ein Box Plot zeigt sehr gut Schwerpunkte in einer Verteilung.

box-plot-diagam

Punktverteilungsdiagramm (Scatter Plot)

punktdiagramm

Blasendiagramm (Bubble Chart)

Das Punktdiagramm kann leicht durch hinzufügen einer dritten Dimension zu einem Bubble-Chart erweitert werden. In dieser Darstellung mit logarithmischen x-/y-Achsen (log).

bubblechart

 

Sven Meyer

Extraktion von Software-Metriken aus Java-Dateien mit ANTLR4

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In der Software-Entwicklung wird mehr und mehr auf Metriken gesetzt, um den Entwicklungsprozess zu messen und zu verbessern. Tools wie SonarQube und FindBugs helfen dabei – doch sie haben ihre Grenzen. Sie brauchen build-fähige Projekte. Die Metriken sind manchmal nicht genau genug dokumentiert oder lassen sich nur schwer anpassen.

Dabei ist es gar nicht so schwierig, ein eigenes Tool zu schreiben. So können die Metriken selbst definiert, auf Textdateien angewendet, als Skript automatisiert und an beliebige Schnittstellen weitergeben werden – z. B. als CSV-Datei nach R, per Webinterface oder als E-Mail.

Im Folgenden wird gezeigt, wie mit ANTLR4 aus Java-Textdateien Metriken erhoben werden können. Das Beispiel-Projekt steht auf GitHub zur Verfügung.

Statische Code-Analyse mit ANTLR4

ANTLR4 (ANother Tool for Language Recognition) wird seit 1989 von Terence Parr, Professor an der University of San Francisco, entwickelt. Das Tool selbst ist kostenlos; die ausführliche Dokumentation kostet jedoch 27 US-Dollar. Für den Einstieg reicht die kostenlose Dokumentation. ANTLR4 ist eine Java-Bibliothek.

Beim Parsen erstellt ANTLR4 auf Basis einer Grammatik einen Syntaxbaum. Nach dem Parsen wird der Syntaxbaum mit einem Walker abgelaufen. Dabei auftretende Events können über ein Listener-Interface abgefangen werden. Durch das Verarbeiten der Events können eigene Metriken berechnet werden.

Das Listener-Interface selbst wird über die Grammatik spezifiziert. ANTLR4 generiert aus der Grammatik Listener in Java, von denen anschließend geerbt wird.

Für viele Programmiersprachen gibt es bereits fertige Grammatiken, die auf GitHub gemeinsam entwickelt werden (siehe z. B. Java-Grammatik). Ansonsten muss die Grammatik selbst geschrieben werden.

Das Beispiel-Projekt

Im Beispiel wird der Klassenname und die Anzahl von Methoden aus einer Java-Klasse erhoben:

Das Ergebnis wird in einer Map<String, Integer> ausgegeben.

Vorbereitungen

Im Beispiel werden Eclipse, ein ANTLR4-Eclipse-Plugin und Maven benutzt. ANTLR4 lässt sich auch unabhängig von Eclipse und Maven benutzen.

Nach der Installation des Eclipse-Plugins muss in der pom.xml eine Dependency ergänzt werden:

Die Java-Grammatik wird von GitHub heruntergeladen und unter src/main/antlr4/Java.g4 abgelegt. Anschließend werden per Rechtsklick auf Java.g4 -> Run As -> Generate ANTLR Recognizer die Hilfsdateien von ANTLR4 angelegt.

Damit die Hilfsdateien von Eclipse als Java-Quellcode erkannt werden, werden sie nach src/main/java/generated kopiert.

Metriken definieren

ANTLR4 erstellt aus der Grammatik einen JavaBaseListener. Zum Definieren der Metriken wird ein eigener Listener programmiert, der vom JavaBaseListener erbt. Wenn ANTLR4 später den Syntaxbaum durchläuft, ruft es die entsprechenden Listener-Methoden auf.

Im JavaBaseListener sind alle Events, auf die gehört werden kann, als Methode aufgeführt. Um nun den Klassennamen für die Metrik zu erfahren, wird das Event ClassDeclaration abgehört:

Um die Anzahl der Methoden zu erhalten, wird ein Counter bei jedem Auftreten einer MethodDeclaration erhöht.

ANTLR ausführen

Damit ANTLR ausgeführt werden kann, braucht es noch die zu lesende Datei und den Listener. Dazu sind nur wenige Zeilen Code notwendig:

Ein Test prüft, ob der Klassenname und die Methodenanzahl richtig extrahiert werden:

Die fertige Projektstruktur sieht in Eclipse so aus:

01_projektstruktur

Abbildung 1: Die fertige Projektstruktur.

Nun kann der Test erfolgreich durchgeführt werden.

02_erfolgreicher_test

Abbildung 2: Der Testfall läuft erfolgreich.

 Fazit

Damit der Code produktiv genutzt werden kann, sollten noch mögliche I/O- und ANTLR-Fehler behandelt werden. Außerdem müssen die erhobenen Daten weitergegeben werden, um z. B. als CSV-Datei in R importiert werden zu können.

Erfahrungsgemäß ergeben sich aus dem großen Sprachumfang viele Sonderfälle, die bei der Definition von Metriken berücksichtigt werden müssen. Hier helfen Testfälle weiter, um eine korrekte Messung sicherzustellen.

Das Beispiel konnte zeigen, dass leicht eigene Metriken aus Java-Quellcode erhoben werden können. So werden Quellcode und strukturierte Texte für die Analyse und Optimierung zugänglich.

 

Referenzen & Links

  • ANTLR4
    Die Projektseite von ANTLR4.
  • Java-Grammatik
    Die ANTLR4-Grammatik für die Java-Programmiersprache.
  • Beispielprojekt auf GitHub
    Das in diesem Tutorial verwendete Beispielprojekt auf GitHub.
  • ANTLR4-Eclipse-Plugin
    Das Eclipse-Plugin, das zum Ausführen von ANTLR4 in Eclipse benutzt werden kann.
  • Rascal MPL
    Eine Meta-Programmiersprache. Erlaubt nicht nur die Analyse, sondern auch das Erzeugen + Verändern von Quellcode.
  • Fallstudie Java-Korpus
    Eine laufende Fallstudie des Autors, in der ANTLR4 benutzt wird, um die typische Verwendung von Java-Sprachkonstrukten in 2,8 Mio. Dateien zu untersuchen.
Dieter Gennburg

R für Process Mining & Projektmanagement – Literaturempfehlungen

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Es gibt immer wieder Skriptsprachen, die neu am IT-Horizont geboren um Anwender werben. Der IT-Manager muß also stets entscheiden, ob er auf einen neuen Zug aufspringt oder sein bisheriges Programmierwerkzeug aktuellen Anforderungen standhält. Mein Skriptsprachenkompass wurde über frühere Autoren kalibriert, an die hier erinnert werden soll, da sie grundsätzliche Orientierungshilfen für Projektplanungen gaben.

Im Projektmanagement geht es stets um aufwandsbezogene Terminplanung, im CAFM-Projektmanagement  z. B. konkret um die Analyse und Schätzung geplanter und ungeplanter Maßnahmen, wie geplante Wartungen oder zufällige technische Störungen im Gebäudemanagement, um Wahrscheinlichkeiten.

Warum löst R die Terminplanung strategisch und praktisch besser als Python, Perl, Java oder etc.? Weil sich geschätzte Ereignisse in Zeitfenstern normalverteilt als so genannte Gaußsche Glockenkurve abbilden, einer statistischen Schätzung entsprechen.

Hier zwei Beispielgrafiken zum Thema Terminschätzung aus aktueller Literatur.

1. Standardnormalverteilung

Praxishandbuch Projektmanagement – inkl. Arbeitshilfen online von Günter Drews, Norbert Hillebrand, Martin Kärner, Sabine Peipe, Uwe Rohrschneider

Haufe-Lexware GmbH & Co. KG, Freiburg, 1. Auflage 2014 – Siehe z. B. Seite 241, Abb. 14 Normalverteilung als Basis von PERT (Link zu Google Books)


Praxishandbuch Projektmanagement – inkl. Arbeitshilfen online

2. Betaverteilung

Projektmanagement für Ingenieure: Ein praxisnahes Lehrbuch für den systematischen Projekterfolg von Walter Jakoby, Hochschule Trier

Springer Vieweg, Springer Fachmedien Wiesbaden 2015, 3, Auflage – Siehe z. B. Seite 215, Abb. 7.13 Beta-Verteilung (Link zu Google Books).


Projektmanagement für Ingenieure: Ein praxisnahes Lehrbuch für den systematischen Projekterfolg 

Eine objektorientierte Statistikprogrammiersprache mit über 7.000 Paketen weltweit lädt ein, nicht jede Funktion neu erfinden zu wollen und macht glaubhaft, dass kein Unternehmen der Welt über derart Programmierwissen und Kapazität verfügt, es besser zu können. Für statistische Berechnungen empfiehlt sich seit Jahren R, für mich spätestens seit 2003. Früheren Autoren war das grundlegend klar, daß deterministische Terminplanungen immer am Mangel stochastischer Methoden kranken. In meiner Studienzeit kursierte an der Martin Luther Universität Halle an der Saale der Witz, es gibt zwei Witze an der landwirtschaftlichen Fakultät, den Badewitz und den Howitz.  Doch das Buch vom Badewitz halte ich bis heute. Im Kapitel 5.3 Elemente der Zeitplanung fand ich dort in Abbildung 5.7 auf Seite 140 erstmals die Wahrscheinlichkeitsverteilung einer Vorgangsdauer als normalverteilte Grafik.

Vgl. Zur Anwendung ökonomisch-mathematischer Methoden der Operationsforschung, federführend Dr. sc. agr. Siegfried Badewitz, 1. Auflage 1981, erschienen im VEB Deutscher Landwirtschaftsverlag Berlin. Ein Grafikkünstler zur schnellen Visualisierung von Funktionen und Dichteverteilungen ist seit Jahren R. Zur R-Umsetzung empfehle ich gern meine R-Beispielbibel bei Xing.

Wer zur Statistik der Terminschätzung tiefer greifen will, kommt an Autoren wie Golenko u. a. nicht vorbei. Badewitz verwies z.B. auf Golenko’s Statistische Methoden der Netzplantechnik in seinem o.g. Buch (Link zu Google Books).


Statistische Methoden der NetzplantechnikHier empfehle ich zum Einstieg das Vorwort, das 2015 gelesen, aktuell noch immer gilt, nicht das Jahr seiner Niederschrift 1968 preisgibt:

Gegenwärtig beobachtet man häufig Situationen, in denen bei der Untersuchung von zufallsbeeinflußten Systemen die in ihnen auftretenden Zufallsparameter durch feste Werte (z. B. den Erwartungswert) ersetzt werden, wonach dann ein deterministisches Modell untersucht wird.

Und hier noch ein Beispiel von Seite 203:

Praktisch kann jede komplizierte logische Beziehung auf eine Kombination elementarer stochastischer Teilgraphen zurückgeführt werden.

Meine Empfehlung für Process Mining und Projektmanagement lautet daher – intelligente Stochstik statt altbackenem Determinismus.

 

Benjamin Aunkofer

3D-Visualisierung von Graphen

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Die Graphentheorie ist ein wichtiger Teil vieler Methoden und Anwendungsgebiete für Big Data Analytics. Graphen sind mathematisch beschreibbare Strukturen, ohne die im Ingenieurwesen nichts funktionieren würde. Ein Graph besteht aus zwei Knoten (Ecken, engl. Vertex), die über eine Kante (engl. Edge) verbunden sind.

Auf Graphen stoßen Data Scientists beispielsweise bei der Social Media Analyse, beim Aufbau von Empfehlungssystemen (das Amazon-Prinzip) oder auch bei Prozessanalysen (Process Mining). Aber auch einige Big Data Technologien setzen ganz grundlegend auf Graphen, beispielsweise einige NoSQL-Datenbanken wie die Graphendatenbank Neo4j und andere.

Graphen können nicht nur einfache Verkettungen, sondern komplexe Netzwerke abbilden. Das Schöne daran ist, dass Graphen nicht ganz so abstrakt sind, wie viele andere Bereiche der Mathematik, sondern sich wunderbar visualisieren lassen und wir auch in unserem Vorstellungsvermögen recht gut mit ihnen “arbeiten” können.

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Mit der Visualisierung von Graphen, können wir uns Muster vor Augen führen und ein visuelles Data Mining betreiben. Iterative und auch rekursive Vorgänge sowie Abhängigkeiten zwischen einzelnen Objekten/Zuständen können visuell einfach besser verstanden werden. Bei besonders umfangreichen und zugleich vielfältigen Graphen ist eine Visualisierung in drei bzw. vier Dimensionen (x-, y-, z-Dimensionen + Zeit t) nicht nur schöner anzusehen, sondern kann auch sehr dabei helfen, ein Verständnis (z. B. über Graphen-Cluster) zu erhalten. Read more