Verteilte Hierarchische Hyper-TGraphen - Definition und Implementation eines ausdrucksstarken Graphenkonzepts

Graphen sind als flexible Datenstruktur zur Repräsentation strukturierter Informationen mittels Knoten und Kanten etabliert. Als sehr allgemeine Form erlauben TGraphen die Typisierung und Attributierung von Knoten und gerichteten Kanten sowie die Anordnung der Elemente in Graphen und der Kanten an Knoten. Ihr praktischer Einsatz hat zu einer ausgereiften Technologie geführt und die Vorteile einer durchgängigen, auf einer formalen Definition basierenden Realisierung belegt. Gleichzeitig wurden die Beschränkungen einfacher Graphen, wie sie auch von graphbasierten Datenbanksystemen genutzt werden, aufgezeigt. Dies sind insbesondere die fehlenden Möglichkeiten zur Verteilung und hierarchischen Strukturierung sowie die Beschränkung auf ausschließlich binäre Kanten. Die in dieser Arbeit entwickelten verteilten hierarchischen Hyper-TGraphen (DHHTGraphen) überwinden diese Beschränkungen. Sie können auf unabhängige Stationen verteilt und als lokal autonome Teilgraphen sowie als Gesamtgraph betrachtet werden. Graphelemente können durch eingebettete Graphen sowie Graphen durch verschiedene Sichtbarkeitsebenen verfeinert werden. Hyperkanten mit angeordneten benannten Enden erlauben die natürliche Repräsentation mehrstelliger Beziehungen.Aufbauend auf einer Analyse der existierenden Ansätze werden die Eigenschaften der verschiedenen Erweiterungen durch Referenzdefinitionen charakterisiert und in ein formal definiertes konsistentes Gesamtkonzept integriert. Eine Visualisierung ähnlich der UML-Objektdiagramme erlaubt die Darstellung dieser Graphen. Die flexible Verwendung des Ansatzes in einem breiten Anwendungsbereich wird durch Erweiterung der Modellierungssprache grUML zur Spezifikation von Graphenschemata in abstrakter Syntax und formaler Semantik ermöglicht. Dies wird an verschiedenen Anwendungsbeispielen aufgezeigt. Alle formal definierten Eigenschaften werden in einer effizienten Implementation vollständig realisiert. Grapheigenschaften wie die Typisierung werden wo möglich auf die entsprechenden Java-Konzepte abgebildet. Zusammen mit der Generierung einer schemaspezifischen Schnittstelle aus Schemata wird so eine nahtlose Integration von DHHTGraphen in objektorientierter Software ermöglicht. Die Anpassung von Graphenalgorithmen an die entwickelte Programmierschnittstelle wird am Beispiel eines generischen Suchverfahrens diskutiert.