Design and implementation of a modular interface to integrate CLP and tabled execution

Logic programming (LP) is a family of high-level programming languages which provides high expressive power. With LP, the programmer writes the properties of the result and / or executable specifications instead of detailed computation steps. Logic programming systems which feature tabled execution and constraint logic programming have been shown to increase the declarativeness and efficiency of Prolog, while at the same time making it possible to write very expressive programs. Tabled execution avoids infinite failure in some cases, while improving efficiency in programs which repeat computations. CLP reduces the search tree and brings the power of solving (in)equations over arbitrary domains. Similarly to the LP case, CLP systems can also benefit from the power of tabling. Previous implementations which take ful advantage of the ideas behind tabling (e.g., forcing suspension, answer subsumption, etc. wherever it is necessary to avoid recomputation and terminate whenever possible) did not offer a simple, well-documented, easy-to-understand interface. This would be necessary to make the integratation of arbitrary CLP solvers into existing tabling systems possible. This clearly hinders a more widespread usage of the combination of both facilities. In this thesis we examine the requirements that a constraint solver must fulfill in order to be interfaced with a tabling system. We propose and implement a framework, which we have called Mod TCLP, with a minimal set of operations (e.g., entailment checking and projection) which the constraint solver has to provide to the tabling engine. We validate the design of Mod TCLP by a series of use cases: we re-engineer a previously existing tabled constrain domain (difference constraints) which was connected in an ad-hoc manner with the tabling engine in Ciao Prolog; we integrateHolzbauer’s CLP(Q) implementationwith Ciao Prolog’s tabling engine; and we implement a constraint solver over (finite) lattices. We evaluate its performance with several benchmarks that implement a simple abstract interpreter whose fixpoint is reached by means of tabled execution, and whose domain operations are handled by the constraint over (finite) lattices, where TCLP avoids recomputing subsumed abstractions.---ABSTRACT---La programación lógica con restricciones (CLP) y la tabulación son extensiones de la programación lógica que incrementan la declaratividad y eficiencia de Prolog, al mismo tiempo que hacen posible escribir programasmás expresivos. Las implementaciones anteriores que integran completamente ambas extensiones, incluyendo la suspensión de la ejecución de objetivos siempre que sea necesario, la implementación de inclusión (subsumption) de respuestas, etc., en todos los puntos en los que sea necesario para evitar recomputaciones y garantizar la terminación cuando sea posible, no han proporcionan una interfaz simple, bien documentada y fácil de entender. Esta interfaz es necesaria para permitir integrar resolutores de CLP arbitrarios en el sistema de tabulación. Esto claramente dificulta un uso más generalizado de la integración de ambas extensiones. En esta tesis examinamos los requisitos que un resolutor de restricciones debe cumplir para ser integrado con un sistema de tabulación. Proponemos un esquema (y su implementación), que hemos llamadoMod TCLP, que requiere un reducido conjunto de operaciones (en particular, y entre otras, entailment y proyección de almacenes de restricciones) que el resolutor de restricciones debe ofrecer al sistema de tabulación. Hemos validado el diseño de Mod TCLP con una serie de casos de uso: la refactorización de un sistema de restricciones (difference constraints) previamente conectado de un modo ad-hoc con la tabulación de Ciao Prolog; la integración del sistema de restricciones CLP(Q) de Holzbauer; y la implementación de un resolutor de restricciones sobre retículos finitos. Hemos evaluado su rendimiento con varios programas de prueba, incluyendo la implementación de un intérprete abstracto que alcanza su punto fijo mediante el sistema de tabulación y en el que las operaciones en el dominio son realizadas por el resolutor de restricciones sobre retículos (finitos) donde TCLP evita la recomputación de valores abstractos de las variables ya contenidos en llamadas anteriores.

Implementación de una Support Vector Machine en RVC – CAL para imágenes hiperespectrales

El análisis de imágenes hiperespectrales permite obtener información con una gran resolución espectral: cientos de bandas repartidas desde el espectro infrarrojo hasta el ultravioleta. El uso de dichas imágenes está teniendo un gran impacto en el campo de la medicina y, en concreto, destaca su utilización en la detección de distintos tipos de cáncer. Dentro de este campo, uno de los principales problemas que existen actualmente es el análisis de dichas imágenes en tiempo real ya que, debido al gran volumen de datos que componen estas imágenes, la capacidad de cómputo requerida es muy elevada. Una de las principales líneas de investigación acerca de la reducción de dicho tiempo de procesado se basa en la idea de repartir su análisis en diversos núcleos trabajando en paralelo. En relación a esta línea de investigación, en el presente trabajo se desarrolla una librería para el lenguaje RVC – CAL – lenguaje que está especialmente pensado para aplicaciones multimedia y que permite realizar la paralelización de una manera intuitiva – donde se recogen las funciones necesarias para implementar el clasificador conocido como Support Vector Machine – SVM. Cabe mencionar que este trabajo complementa el realizado en [1] y [2] donde se desarrollaron las funciones necesarias para implementar una cadena de procesado que utiliza el método unmixing para procesar la imagen hiperespectral. En concreto, este trabajo se encuentra dividido en varias partes. La primera de ellas expone razonadamente los motivos que han llevado a comenzar este Trabajo de Investigación y los objetivos que se pretenden conseguir con él. Tras esto, se hace un amplio estudio del estado del arte actual y, en él, se explican tanto las imágenes hiperespectrales como sus métodos de procesado y, en concreto, se detallará el método que utiliza el clasificador SVM. Una vez expuesta la base teórica, nos centraremos en la explicación del método seguido para convertir una versión en Matlab del clasificador SVM optimizado para analizar imágenes hiperespectrales; un punto importante en este apartado es que se desarrolla la versión secuencial del algoritmo y se asientan las bases para una futura paralelización del clasificador. Tras explicar el método utilizado, se exponen los resultados obtenidos primero comparando ambas versiones y, posteriormente, analizando por etapas la versión adaptada al lenguaje RVC – CAL. Por último, se aportan una serie de conclusiones obtenidas tras analizar las dos versiones del clasificador SVM en cuanto a bondad de resultados y tiempos de procesado y se proponen una serie de posibles líneas de actuación futuras relacionadas con dichos resultados. ABSTRACT. Hyperspectral imaging allows us to collect high resolution spectral information: hundred of bands covering from infrared to ultraviolet spectrum. These images have had strong repercussions in the medical field; in particular, we must highlight its use in cancer detection. In this field, the main problem we have to deal with is the real time analysis, because these images have a great data volume and they require a high computational power. One of the main research lines that deals with this problem is related with the analysis of these images using several cores working at the same time. According to this investigation line, this document describes the development of a RVC – CAL library – this language has been widely used for working with multimedia applications and allows an optimized system parallelization –, which joins all the functions needed to implement the Support Vector Machine – SVM - classifier. This research complements the research conducted in [1] and [2] where the necessary functions to implement the unmixing method to analyze hyperspectral images were developed. The document is divided in several chapters. The first of them introduces the motivation of the Master Thesis and the main objectives to achieve. After that, we study the state of the art of some technologies related with this work, like hyperspectral images, their processing methods and, concretely, the SVM classifier. Once we have exposed the theoretical bases, we will explain the followed methodology to translate a Matlab version of the SVM classifier optimized to process an hyperspectral image to RVC – CAL language; one of the most important issues in this chapter is that a sequential implementation is developed and the bases of a future parallelization of the SVM classifier are set. At this point, we will expose the results obtained in the comparative between versions and then, the results of the different steps that compose the SVM in its RVC – CAL version. Finally, we will extract some conclusions related with algorithm behavior and time processing. In the same way, we propose some future research lines according to the results obtained in this document.

Evolución de parámetros de condición física a lo largo de la temporada en un equipo de fútbol profesional

Se han realizado muchos estudios relacionados con el fútbol, pero pocos con jugadores profesionales evaluándolos en un periodo de dos temporadas consecutivas. El objetivo de este trabajo fue investigar las variaciones que sufren parámetros relacionados con la composición corporal, la velocidad, la fuerza y la resistencia de futbolistas profesionales de alto y medio nivel en el periodo de una temporada. Material y métodos: 20 jugadores de categoría alta (CA) y 21 jugadores de categoría media (CM) fueron evaluados a lo largo de una temporada en tres ocasiones, la primera a mitad de pretemporada (M1), la segunda a mitad del periodo competitivo (M2) y la última al final de la temporada (M3). Algunos de ellos, 16 de CA y 8 de CM participaron durante dos temporadas seguidas realizando un total de seis evaluaciones. En cada evaluación se midió la talla (TA), peso corporal (PC), sumatorio de pliegues grasos (ZP), el índice de masa corporal (IMC), el tiempo en 5 (T5) y 20 (T20) metros, el salto en contra movimiento (CMJ), Abalakov (ABA), la velocidad del umbral anaeróbico (VUAN), el peso de potencia media (PPM) y la potencia media (PMW) en el ejercicio de media sentadilla. Resultados: Hubo diferencias significativas en el ZP en el grupo de CA entre la M1 (45,28±8,98) y la M2 (40,57±5,89) al igual que en la VUAN entre la M1 (12,49±0,67) con respecto a la M2 (12,93±0,62) y la M3 (12,93±0,44). Además, se encontraron diferencias significativas en el grupo CA en la (T5) entre la M1 (1,04±0,06) y la M2 (0,99±0,04) y la M3 (1,00±0,04) y en el grupo CM sólo entre la M1 (1,05±0,05) y la M3 (1,01±0,04). El PPM fue superior en la M2 (94±13,74) con respecto a la M1 (82±13,64) de forma significativa, así como la PMW, M1 (1642,87±207,05) frente a M2 (1735,07±168,01) en el grupo de CA y también hubo diferencias significativas en el PPM entre la M1 (70,67±10,74) y la M2 (80,50±13,20) en el grupo de CM, así como en la PMW en la M1 (1574,90±205,66) con la M2 (1642,87±207,05). Conclusiones: Hubo parámetros condicionales que sufrieron variaciones a lo largo de la temporada. Los cambios más importantes se produjeron desde la mitad del periodo preparatorio hasta la mitad del periodo competitivo, no apreciándose cambios desde la mitad del periodo competitivo hasta el final del mismo. ABSTRACT They have been many studies on soccer, but few with professional players evaluating them during two consecutive seasons. The purpose of this study was to investigate seasonal variations in fitness parameters as body composition, speed, strength and stamina in top and medium class professional soccer players during a hole season. Methods: 20 Top Class male (CA) and 21 Medium Class male (CM) soccer players were evaluated during a season in three different periods. The first one at half preseason (M1), second one at the middle of the competitive period (M2) and last one at the end of the season (M3). 16 players from group CA and 8 from group CM were registered from two seasons in a row, doing a total of 6 evaluation periods. In each evaluation period was measured body height (TA), body mass (PC), skinfolds sum (ZP), body mass index (IMC), acceleration on 5 (T5) y 20 (T20) meters, countermovement jump (CMJ), free arms countermovement jump (ABA), anaerobic threshold speed (VUAN), average power strength weight (PPM) and average power (PMW) on half squat. Results: significant decrease on ZP were found in group CA from M1 (45,28±8,98) to M2 (40,57±5,89) and a significant increase on VUAN from M1 (12,49±0,67) to M2 (12,93±0,62) and M3 (12,93±0,44). Also a significant decrease was found in group CA on (T5) from M1 (1,04±0,06) to M2 (0,99±0,04) and M3 (1,00±0,04). PPM was significantly higher from M2 (94±13,74) to M1 (82±13,64) as PMW from M1 (1642,87±207,05) to M2 (1735,07±168,01) in CA group and also was found a significant increase in group CM on PPM from M1 (70,67±10,74) to M2 (80,50±13,20) and on PMW from M1 (1574,90±205,66) to M2 (1642,87±207,05). Conclusions: Some of the fitness parameters did suffer seasonal variations. The most important changes took place from the middle of the preseason period until middle of the competitive period, remaining unchanged from middle of the competitive period until the end of the season.