Bedienung und Oberfläche
 

Das Data-Stream-Network Programm läßt ist sehr leicht auf einem MS-Windows-Rechner installieren. Das komprimierte Programmpaket paßt auf eine HD-Diskette (1.44 kB ) und wird mit dem enthaltenem Installationsprogramm auf die Festplatte entpackt. Außerdem müssen zwei Programme auf dem Computer installiert sein: GNUPLOT  zur grafischen Datenrepräsentation und die Scriptsprache Tcl/Tk  der Firma SUN mit der die grafischen Bedienungsoberfläche programmiert wurde. Für die Lizensierung lesen Sie die entsprechenden Copyrightbestimmungen.
 

Abbildung 1: Bildschirmhardcopy des Data Stream Networks mit einem kleinen Beispielnetz:
 
 
 

Das DSN präsentiert sich beim ersten Start als eine große leere Arbeitsfläche, die von den Seiten mit verschiedenen aktiven Widgets zu Steuerung des Programmes und passiven Widgets als Statusanzeigen umgeben ist. Auf der Arbeitsfläche wird interaktiv grafisch das Netz der Algorithmen konstruiert. Die Fläche zum Aufbau der Strukturen, ist nicht durch die Bildschirmgröße beschränkt. Durch Scrollbars können andere Bereiche des großen virtuellen Desktop sichtbar gemacht werden. Die obere Menüzeile stellt allgemeine Kommandos zur Programmsteuerung zu Verfügung. Shortcuts für häufig benutze Befehle sind am linken Fensterrand in Form von Smarticons angebracht. Die wichtigsten Befehle sind natürlich auch über Tastenkürzel zu erreichen.
In der zweite Menüzeile kann man die eingebauten Algorithmen, nach Bedeutung sortiert, anwählen. Durch einen zweiten Mausklick auf eine leere Stelle des Desktops wird ein Algorithmus, durch eine großes Icon dargestellt, „fallengelassen". Die Algorithmen werden dabei als Filter aufgefaßt, d.h. sie müssen auf der einen Seite mit Daten gespeist werden und geben auf der anderen Seite ihre berechnenden Daten aus. Für diese Ein- und Ausgabedaten werden kleinere Icons automatisch eingefügt und durch Pfeile, in Datenflußrichtung mit dem Algorithmusicon verbunden . Hat man zwei Algorithmen auf der Arbeitsfläche plaziert, könne sie sehr einfach miteinander vernetzt werden: Z.B. "faßt" man das Ausgabedatenicon mit der Maus "an", schiebt es über einem Eingabedatenknoten und läßt es "fallen". Die beiden Datenknoten werden verschmolzen und stellen jetzt ein und denselben Datensatz dar. Mit dieser Methode wurden Netze bis zu 200 Verknüpfungen konstruiert. Die Netzwerkstruktur läßt sich, mit allen darin enthaltenen Daten in ihrem aktuellen Zustand vollständig in eine Datei sichern und wieder laden.
Alle Netzteile können jederzeit verschoben oder in ihrer Struktur verändert werden, indem man eine Verbindung oder Knoten markiert, löscht und einen anderen Algorithmus oder eine andere Vernetzung einfügt. Einzelne Knoten lassen sich mit der Maus gleichzeitig markieren und Gruppen können mit einem „Fangrechteck" erfaßt werden, so daß alle Befehle auf mehrere Knoten gleichzeitig angewendet werden können.
Nachdem die gewünschte Datenflußstruktur aufgebaut ist, reicht ein doppelter Mausklick auf einen hinteren Knoten und alle Berechnungen, die nötig sind um diesen Knoten zu bestimmen, werden gestartet. Jederzeit können Struktur- oder Parameteränderungen durchgeführt werden, deren Auswirkungen man durch einen erneuten Mausklick erhalten kann. Nach einem rekursiven Suchverfahren werden nur die Teile neu berechnet, die nicht mehr der aktuell sind. Der Zustand der Datenknoten wird durch die unterschiedliche Schattenfarbe angezeigt. Z.B. erkennt man in der Abbildung, daß das Netz bis zum PCA-Trafo-Knoten (12) bzw. bis zu dessen Rechenergebnis (13) durchgerechnet worden ist, da alle Knoten in Datenflußrichtung davor einen grünen Schatten haben. Die Knoten dahinter sind noch nicht aktualisiert und blau falls sie Daten enthalten bzw. grau falls sie leer sind. Die Aktualisierung der hinteren Knoten wird durch das schrittweise Durchfärben der Schatten während der Berechnung visualisiert.
Der Inhalt der Datenknoten (Daten) und der Algorithmusknoten (Parameter) kann durch einen Befehl (Shortcut: rechte Maustaste) sichtbar gemacht und verändert werden. Es öffnet sich eine Dialogbox in dem der Knoteninhalt in einer ASCII-Format dargestellt ist. Alle Datenknoten besitzen zusätzlich eine grafische Darstellung. Durch einen Befehl im DSN wird der Inhalt des gerade markierte Knotens aufbereitet und an das externe Programm GNUPLOT geleitet. Jeder Datentyp (z.B. Zeitreihe, Frequenzspektrum, etc.) besitzt eine standardisierte Darstellungsform, die in diesem Fall benutzt wird. Sollen speziellere Grafiken erzeugt werden, ist für jeden Datentyp ein Plotalgorithmus entwickelt worden, durch dessen Parametereinstellungen die Darstellung genau angepaßt werden kann. Die Einstellung beziehen sich dabei auf Stile wie Farben, Linienarten, Beschriftungen, Achsenabschnitte, etc. und generelle datenabhängige Formate, z.B. wie die Kanäle einer multivarianten Zeitreihe auf die verschiedenen Achsen verteilt werden sollen (Phasenraumplot). Die Plotargorithmen erzeugen für einige Datentypen auch 3-dimensionale Grafiken. Dabei ist die Darstellung der Clusterung eines 3-dimensionalen Attraktors sehr eindruchsvoll.
Die Bedienung des Programmes ist durch das natürliche und einfache Prinzip schnell zu erlernen. Die Dokumentation des Programmes ist zum großen Teil in die Oberfläche integriert: Die Bedeutung der einzelnen Knöpfe und Felder wird in einer Textzeile am unteren Fensterrand eingeblendet, wenn das entsprechende Objekt selektiert ist oder man mit der Maus "darauf zeigt". Die Hilfe für die verschiedenen Algorithmen und Datentypen läßt sich direkt von der Dialogbox zum editieren der Knotens einblenden: Es erscheint eine Text der die Bedeutung und die Einstellungsmöglichkeiten des jeweiligen Knotentyps erklärt.
Mit den DSN können schnell und komfortabel Analysen durchgeführt werden. Verschiedene Netzvarianten lassen sich einfach konstruieren oder Parametereinstellungen vornehmen. Das Resultat dieser Veränderungen ist nur ein Mausklick (und Rechenzeit) entfernt. Für einige Anwendungen war uns aber die reine Bedienung per Hand nicht ausreichend. Immer wiederkehrende systematische Arbeitsschritte, die zum Beispiel bei der Feinjustierung von Parameter oder der Untersuchung von vielen gleichartigen Datensätzen anfallen, sollten automatisiert werden. Eine erste Idee war, den Netzwerkeditor um Schleifen, logische Verzweigungsstrukturen und automatische Parametereinstellungen zu erweitern. Bei näherer Überlegung stellt sich aber heraus, daß dieser Weg einen unverhältnismäßig großen Programmieraufwand bedarf um diese Möglichkeit in einer allgemeinen Form in die Netzwerkstrukturen einzubauen. Die nötige Flexibilität um den Programmablauf für die mannigfaltigen Anwendungen zu steuern, ist dabei nur schwer zu erreichen. Deshalb wurde ein anderer Weg eingeschlagen: Das Data Stream Network wurde um ein Scriptsprache ergänzt. Diese Erweiterung basiert (natürlich) auf der Scriptsprache Tcl, auf die im nächten Abschnitt eingegangen wird. Tcl eignet sich durch seine gute Stringverarbeitung hervorragend für diese Aufgabe. Tcl läßt sich um eigene Befehle erweitern, die es ermöglichen das DSN zu manipulieren. Mit diesen neuen Befehlen können z.B. Parameter verändert, Knoten aktualisiert und kopiert werden und Daten ausgelesen, verglichen und gespeichert werden und so Ergebnissen automatisch gesammelt werden. Da Tcl für sich alle Konstrukte höherer Programmiersprachen zu Verfügung stellt, sind auch komplexe Steuerungen des Netzwerkes möglich. Das DSN kann verschiede Scripte, hier Makros genannt, verwalten. Jedes Makro wird durch einen Button am Fensterrand dargestellt und ermöglicht so schnell beliebige Abläufe zu automatisieren.