NESTML - die domänenspezifische Sprache für den NEST-Simulator neuronaler Netzwerke im Human Brain Project:
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| Format: | Thesis Book |
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| Published: |
Aachen
Shaker Verlag
2018
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| Series: | Aachener Informatik Berichte, Software Engineering
Band 33 |
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| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | xv, 239 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm x 17 cm, 381 g |
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| adam_text | INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 1
1.1 MOTIVATION UND K O N TE X
T...................................................................................
1
1.2
MODELLIERUNGSSPRACHEN......................................................................................
4
1.3 DER N E S T M L -A
NSATZ......................................................................................
6
1.4 WICHTIGSTE R E S U LTA TE
.........................................................................................
8
1.5 AUFBAU DER A R B E I T
............................................................................................
9
2 MATHEMATISCHE MODELLIERUNG VON BIOLOGISCHEN NEURONEN 11
2.1 NEURONEN ALS TEIL DES NERVENSYSTEMS
.............................................................
11
2.2 MATHEMATISCHE SPEZIFIKATION DER
NEURONENDYNAMIK..................................... 14
2.3 CHARAKTERISTISCHE NEURONENDYNAMIKEN
..........................................................
16
2.4 ZUSAMMENFASSUNG
............................................................................................
21
3 NUTZUNGSSZENARIEN UND ANFORDERUNGEN FUER EINE
NEURONEN-MODELLIERUNGSSPRACHE 23
3.1 NUTZUNGSSZENARIEN MIT IHREN ROLLEN
.............................................................
23
3.2 ANFORDERUNGEN AN DIE
NEURONENBESCHREIBUNGSSPRACHE.................................. 27
3.3 VERWANDTE A R B E ITE N
.........................................................................................
32
3.3.1 NETWORK INTERCHANGE FOR NEUROSCIENCE MODELING LANGUAGE (NINEML) 32
3.3.2 LOW ENTROPY MODEL SPECIFICATION
.......................................................
36
3.3.3 N E U RO M L
...............................................................................................
39
3.3.4 XML ALS KONKRETE S Y N TA X
...................................................................
44
3.3.5 SIMULATOR-SPEZIFISCHE
MODELLIERUNGSSPRACHEN.........................................45
3.4 EVALUIERUNG DER EXISTIEREN A N S AE TZ E
.................................................................... 49
4 DIE MONTICORE LANGUAGE WORKBENCH 53
4.1 DOMAENENSPEZIFISCHE S P RACH EN
.........................................................................
53
4.2 M
ONTICORE...........................................................................................................
55
4.3 INTEGRIERTES M ONTICORE-GRAM MATIKFORM
AT.................................................... 57
4.4 WIEDERVERWENDUNG DER GRAMMATIKDEFINITION
.............................................. 61
4.5
SYMBOLTABELLE.....................................................................................................
62
4.6 VISITOREN ZUM TRAVERSIEREN DER A S T
S................................................................. 67
4.7 KONTEXT
BEDINGUNGEN.........................................................................................
68
4.8 C
ODEGENERIERUNG...............................................................................................
70
4.9 ZUSAMMENFASSUNG
............................................................................................
73
5 NESTML: EINE DOMAENENSPEZIFISCHE SPRACHE FUER DIE SPEZIFIKATION VON
PUNKT
NEURONEN 75
5.1 EXEMPLARISCHES NESTML-NEURON
...................................................................
75
5.2 NEST MODELING
LANGUAGE...............................................................................
78
5.2.1 NEURONEN- UND KOMPONENTENDEFINITION
..............................................
78
5.2.2
VARIABLENBLOECKE..........................................................................................80
5.2.3 EIN- UND AUSGEHENDE P O R T S
....................................................................
82
5.2.4 SPEZIFIKATION VON
DIFFERENZIALGLEICHUNGEN...............................................
84
5.2.5 SPEZIFIKATION DES V ERHALTENS
....................................................................
85
5.3 PROCEDURALDSL: AKTIONSSPRACHE FUER DIE IMPERATIVE SPEZIFIKATION
...................
86
5.4 EQUATIONSDSL FUER DIE BESCHREIBUNG DER DIFFERENZIALGLEICHUNGEN
...................
93
5.5 AUSDRUCKSSPRACHE EXPRESSIONSD SL
................................................................
94
5.6 UNITSDSL: SPRACHE FUER DER PHYSIKALISCHEN EINHEITEN
.................................. 95
5.7 ZUSAMMENFASSUNG
............................................................................................
98
6 UMSETZUNG VON NESTML MIT DER MONTICORE WORKBENCH 99
6.1 G RAM M
ATIKUEBERBLICK.........................................................................................
99
6.1.1 N ESTM L-G RAM M
ATIK............................................................................101
6.1.2 PROCEDURAL-GRAMMATIK
.........................................................................104
6.1.3 EQUATIONS-G RAM M
ATIK............................................................................106
6.1.4 EXPRESSIONS-GRAM
MATIK.........................................................................106
6.1.5
UNITS-GRAMMATIK.....................................................................................
108
6.2 SYMBOLTABELLE VON NESTML
............................................................................108
7 METHODIK FUER DIE ENTWICKLUNG NEUER NEURONEN MIT NESTML 117
7.1 DEVELOPING BIOLOGICAL NEURON MODELS WITH N E S T M L
....................................
117
7.1.1 DERIVATION OF A MATHEMATICAL MODEL FOR BIOLOGICAL
NEURONS...............117
7.1.2 NEST MODELING
LANGUAGE......................................................................120
7.2 INSTALLATION AND USAGE OF THE NESTML E N V IRO N M EN T
....................................
124
7.3 SEMANTIC CHECKS OF NESTML NEURONS AND COM PONENTS
.................................
128
7.3.1 PARSE E RRO RS
..............................................................................................
128
7.3.2 SEMANTIC ERRORS IN THE PROCEDURALDSL
................................................
129
7.3.3 SEMANTIC ERRORS IN THE NEURON SPECIFICATION
.......................................
131
7.3.4 SEMANTIC ERRORS IN THE EQUATION SPECIFICATION
....................................
136
8 EIN CODEGENERATOR FUER DEN NEST-SIMULATOR 137
8.1 GENERIERUNG DES SIMULATIONSCODES FUER DEN N E ST -SIM ULATOR
.......................
137
8.1.1 ABBILDUNG DER N EURONENDEKLARATION
...................................................
141
8.1.2 ABBILDUNG DES D ATENZUSTANDES
............................................................
142
8.1.3 ABBILDUNG VON P O R TS
...............................................................................146
8.1.4 ABBILDUNG VON UPDATE- UND FU N CTIO N -B LOE CK EN
.................................
149
8.1.5 ABBILDUNG DES E Q U A TIO N S-B LO C K E S
......................................................
150
8.1.6 DAS ANALYSEFRAMEWORK FUER
DIFFERENZIALGLEICHUNGEN...........................152
8.1.7 INTEGRATION VON HANDGESCHRIEBENEM C O D E
..........................................
156
8.2 GENERIERUNG DES M ODULINTEGRATIONSCODES
.........................................................
157
8.3 KONSOLEN-BASIERTE SCHNITTSTELLE FUER DAS
NESTML-FRONTEND...........................159
8.4 ZUSAMMENFASSUNG
..............................................................................................
160
9 EVALUIERUNG VON NESTML 161
9.1
NESTML-WORKSHOPS...........................................................................................
161
9.2 VALIDITAET VON DER E
VALUIERUNG............................................................................165
10 DISKUSSION UND ZUSAMMENFASSUNG 169
10.1 EVALUIERUNG DER SPRACHANFORDERUNGEN
............................................................
169
10.2 ZUSAMMENFASSUNG
..............................................................................................
171
LITERATURVERZEICHNIS 175
A ABKUERZUNGSVERZEICHNIS 193
B TAGS 195
C TUTORIALEVALUIERUNG 197
C.L F RAG EB O G EN
..........................................................................................................197
C. 2 PRAKTISCHE A
UFGABE..............................................................................................198
D GRAMMATIKEN VON NESTML 199
D. L UNITS-GRAM M
ATIK................................................................................................
199
D.2 COM M ONS-G RAM M
ATIK.......................................................................................
200
D.3 EQUATIONS-G RAM M
ATIK.......................................................................................
202
D.4
PROCEDURAL-GRAMMATIK.......................................................................................
203
D. 5 NESTM L-G RAM M
ATIK.......................................................................................
205
E MODELLE FUER TUTORIAL 209
E . L RC_ N E U RO N
............................................................................................................
209
E.2 ALPHA-SHAPED POSTSYNAPTIC RESPONCE
...............................................................210
E.3 S H A P E S
..................................................................................................................
211
E.4 IZHIKEVICH N E U RO N
................................................................................................
212
F CURRICULUM VITAE 213
TABELLENVERZEICHNIS 215
ABBILDUNGSVERZEICHNIS 217
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