Contributions to the theory of maximum entropy estimation for ill-posed models

As técnicas estatísticas são fundamentais em ciência e a análise de regressão linear é, quiçá, uma das metodologias mais usadas. É bem conhecido da literatura que, sob determinadas condições, a regressão linear é uma ferramenta estatística poderosíssima. Infelizmente, na prática, algumas dessas condições raramente são satisfeitas e os modelos de regressão tornam-se mal-postos, inviabilizando, assim, a aplicação dos tradicionais métodos de estimação. Este trabalho apresenta algumas contribuições para a teoria de máxima entropia na estimação de modelos mal-postos, em particular na estimação de modelos de regressão linear com pequenas amostras, afetados por colinearidade e outliers. A investigação é desenvolvida em três vertentes, nomeadamente na estimação de eficiência técnica com fronteiras de produção condicionadas a estados contingentes, na estimação do parâmetro ridge em regressão ridge e, por último, em novos desenvolvimentos na estimação com máxima entropia. Na estimação de eficiência técnica com fronteiras de produção condicionadas a estados contingentes, o trabalho desenvolvido evidencia um melhor desempenho dos estimadores de máxima entropia em relação ao estimador de máxima verosimilhança. Este bom desempenho é notório em modelos com poucas observações por estado e em modelos com um grande número de estados, os quais são comummente afetados por colinearidade. Espera-se que a utilização de estimadores de máxima entropia contribua para o tão desejado aumento de trabalho empírico com estas fronteiras de produção. Em regressão ridge o maior desafio é a estimação do parâmetro ridge. Embora existam inúmeros procedimentos disponíveis na literatura, a verdade é que não existe nenhum que supere todos os outros. Neste trabalho é proposto um novo estimador do parâmetro ridge, que combina a análise do traço ridge e a estimação com máxima entropia. Os resultados obtidos nos estudos de simulação sugerem que este novo estimador é um dos melhores procedimentos existentes na literatura para a estimação do parâmetro ridge. O estimador de máxima entropia de Leuven é baseado no método dos mínimos quadrados, na entropia de Shannon e em conceitos da eletrodinâmica quântica. Este estimador suplanta a principal crítica apontada ao estimador de máxima entropia generalizada, uma vez que prescinde dos suportes para os parâmetros e erros do modelo de regressão. Neste trabalho são apresentadas novas contribuições para a teoria de máxima entropia na estimação de modelos mal-postos, tendo por base o estimador de máxima entropia de Leuven, a teoria da informação e a regressão robusta. Os estimadores desenvolvidos revelam um bom desempenho em modelos de regressão linear com pequenas amostras, afetados por colinearidade e outliers. Por último, são apresentados alguns códigos computacionais para estimação com máxima entropia, contribuindo, deste modo, para um aumento dos escassos recursos computacionais atualmente disponíveis.

Analysis, modeling, design and optimization of future communications systems: from theory to practice

Esta tese descreve uma framework de trabalho assente no paradigma multi-camada para analisar, modelar, projectar e optimizar sistemas de comunicação. Nela se explora uma nova perspectiva acerca da camada física que nasce das relações entre a teoria de informação, estimação, métodos probabilísticos, teoria da comunicação e codificação. Esta framework conduz a métodos de projecto para a próxima geração de sistemas de comunicação de alto débito. Além disso, a tese explora várias técnicas de camada de acesso com base na relação entre atraso e débito para o projeto de redes sem fio tolerantes a atrasos. Alguns resultados fundamentais sobre a interação entre a teoria da informação e teoria da estimação conduzem a propostas de um paradigma alternativo para a análise, projecto e optimização de sistemas de comunicação. Com base em estudos sobre a relação entre a informação recíproca e MMSE, a abordagem descrita na tese permite ultrapassar, de forma inovadora, as dificuldades inerentes à optimização das taxas de transmissão de informação confiáveis em sistemas de comunicação, e permite a exploração da atribuição óptima de potência e estruturas óptimas de pre-codificação para diferentes modelos de canal: com fios, sem fios e ópticos. A tese aborda também o problema do atraso, numa tentativa de responder a questões levantadas pela enorme procura de débitos elevados em sistemas de comunicação. Isso é feito através da proposta de novos modelos para sistemas com codificação de rede (network coding) em camadas acima da sua camada física. Em particular, aborda-se a utilização de sistemas de codificação em rede para canais que variam no tempo e são sensíveis a atrasos. Isso foi demonstrado através da proposta de um novo modelo e esquema adaptativo, cujos algoritmos foram aplicados a sistemas sem fios com desvanecimento (fading) complexo, de que são exemplos os sistemas de comunicação via satélite. A tese aborda ainda o uso de sistemas de codificação de rede em cenários de transferência (handover) exigentes. Isso é feito através da proposta de novos modelos de transmissão WiFi IEEE 801.11 MAC, que são comparados com codificação de rede, e que se demonstram possibilitar transferência sem descontinuidades. Pode assim dizer-se que esta tese, através de trabalho de análise e de propostas suportadas por simulações, defende que na concepção de sistemas de comunicação se devem considerar estratégias de transmissão e codificação que sejam não só próximas da capacidade dos canais, mas também tolerantes a atrasos, e que tais estratégias têm de ser concebidas tendo em vista características do canal e a camada física.

Aprendizagem matemática no ensino superior: a influência da plataforma M@T-educar com sucesso

Novas abordagens educacionais têm vindo a surgir como resultado de mudanças económicas, sociais e políticas, que levaram, a nível europeu ao desenvolvimento do Processo de Bolonha. As instituições de ensino superior enfrentam, assim, novos desafios e oportunidades, nomeadamente, o desenvolvimento de contextos educativos mais centrados nas aprendizagens dos alunos, promotores de cidadãos mais autónomos, mais ativos e mais provocadores, capazes de responderem às exigências da Sociedade do Conhecimento global. Diversos estudos apontam a importância de ambientes online na persecução desses objetivos, designadamente na área da Matemática. Neste contexto, desenvolveu-se a plataforma online – M@t-educar com Sucesso – que, a partir da informação teórica, permite a resolução de tarefas interativas, algumas delas contendo animações, das quais se fornece um feedback imediato, a qual carece de avaliação. Assim, este estudo tem como objetivo principal avaliar a influência da exploração prévia às aulas da referida plataforma no desenvolvimento de conhecimentos e capacidades matemáticas, da autonomia e do interesse por essa área em estudantes do ensino superior. O estudo ocorreu na unidade curricular de Cálculo Infinitesimal do Curso Superior de Gestão de uma instituição do ensino superior. Metodologicamente, optou-se por uma abordagem mista de investigação e pelo design de estudo de caso, tendo-se partido de uma análise macro, envolvendo todos os alunos de Cálculo Infinitesimal, seguida de uma análise meso, considerando os alunos da turma da professora/investigadora, que foi evoluindo para uma análise micro, estudando cinco casos da turma. Para tal, utilizaram-se diversas técnicas de recolha de dados – inquirição, observação e análise documental, suportadas por variados instrumentos. A análise estatística e de conteúdo a que os dados foram submetidos permite concluir que a exploração prévia dos conteúdos através desta plataforma contribui para o desenvolvimento, principalmente, de autonomia e da capacidade de aplicação de conhecimento produzido à resolução de tarefas de diversa natureza.

Terminologia e ontologias : metodologias para representação do conhecimento

Discute-se na presente dissertação as metodologias de representação do conhecimento que podem ser utilizadas em terminologia na construção de ontologias. Através da análise de duas abordagens terminológicas – semasiologia e onomasiologia – observa-se o estatuto do texto de especialidade sob um ponto de vista teórico e prático, questionando-se a sua importância e o contributo do terminólogo e do especialista na captura de conhecimento enquanto especificação informal de uma conceptualização.

Desenvolvimento profissional e educação em línguas: potencialidades e constrangimentos em contexto escolar

Este trabalho, desenvolvido por uma professora em contexto académico, movida por uma vontade de intervenção em contexto escolar para melhoria da qualidade do desempenho profissional e das aprendizagens dos alunos, assenta: por um lado, num entendimento de desenvolvimento profissional (DP) enquanto processo contínuo que se articula com e inscreve na prática do quotidiano docente; e, por outro lado, num entendimento da educação em línguas como um processo que valoriza a diversidade e enfatiza o plurilinguismo como valor e competência, enriquecendo os repertórios linguístico-comunicativos dos sujeitos, de modo a facilitar a abertura ao Outro, num processo de construção e recriação de significado sobre o mundo e sobre si na relação com esse Outro. Pretendeu-se, neste estudo, compreender o processo de desenvolvimento profissional de professores de línguas, tentando identificar potencialidades e constrangimentos que se colocam a esse desenvolvimento profissional em contexto. Para tal, foi desenvolvido um projecto de formação para a educação plurilingue numa escola Secundária com 3º Ciclo do Ensino Básico com um grupo de cinco professoras ao longo de dois anos. A formação, promovida através de um Centro de Formação de Escolas e acreditada pelo Conselho- Científico da Formação Contínua desenvolveu-se em duas fases. A primeira fase (2004/2005), na modalidade Oficina de Formação com 10 sessões de formação num total de 50 horas, e a segunda fase (2005/2006), na modalidade Projecto com nove sessões de formação, num total de 50 horas. O estudo seguiu uma metodologia de cariz qualitativo e de inspiração interpretativa/fenomenológica, pretendendo colocar em evidência o sujeito e sublinhando a interacção que estabelece consigo e com os outros, a partir das práticas discursivas que vai construindo. A estratégia investigativa desenhou-se em torno do estudo de caso no qual procurámos analisar a (des/re)construção de conhecimento profissional no contexto de um grupo de professoras em formação. Esta análise assumiu duas vertentes, uma tomando a interacção entre o grupo como alvo de análise, outra olhando para o percurso de cada formanda na sua singularidade. Os dados recolhidos e analisados incluem um inquérito por questionário inicial, a transcrição das sessões de formação e as reflexões escritas ao longo das duas fases da formação, bem como um inquérito por entrevista semiestruturada, após o terminus da formação, em Julho de 2007. Os resultados da análise indicam que os processos formativos que promovem o questionamento de si e das suas práticas, ajudando a identificar representações e a analisar o modo como as representações interferem ou não nas práticas para, em seguida, estas poderem ser reconstruídas, são facilitadores de DP. Evidenciaram-se, nestes processos, dois tempos de formação distintos, mas complementares, o tempo da observação e da análise e o tempo da apropriação e da acção, que englobam espaços de trabalho individual e colectivo. Nestes dois tempos de formação identificámos quatro modos facilitadores da reconstrução do conhecimento profissional, nomeadamente: a articulação da teoria com a prática; a tomada do objecto de trabalho em objecto de análise e de experimentação, incluindo a visualização, a análise e a reflexão sobre as experiências realizadas; a colocação do aluno no centro do processo de ensino; e o alargamento da consciencialização do trabalho com as línguas e das suas finalidades educativas. Estes quatro modos constituem-se como impulsionadores ou inibidores de DP, dependendo a sua percepção de factores, tanto de carácter individual como de carácter colectivo. Os factores de carácter individual dizem respeito ao comprometimento, ao empenho, ao modo como cada sujeito se vê como pessoa e como profissional, bem como à fase da carreira em que se situa. Os factores de carácter colectivo dizem respeito aos contextos nos quais o sujeito se move, nomeadamente a cultura da escola em que exerce funções, às relações interpessoais e profissionais que estabelece com os colegas de trabalho e às possibilidades e espaços de formação que cada sujeito encontra com os outros. Tendo constatado que o desenvolvimento profissional é fruto da intersecção da acção individual com a acção colectiva, concluímos que, na constituição de ambientes facilitadores de DP, importa ter em conta seis componentes: a apropriação individual da construção do conhecimento profissional pelos sujeitos, a construção de oportunidades de desenvolvimento, a construção da capacidade de intervenção em contexto, a promoção da colegialidade, a monitorização e avaliação de processos e resultados do trabalho no âmbito do DP e a criação de espaços e tempos próprios para esse trabalho. Os resultados da análise indicam também que a formação em contexto permite iniciar um trabalho de DP porque cria condições de auto/hetero/eco e coformação que incluem um potencial de aprendizagem profissional transformativa. Enquanto constrangimentos ao DP em contexto destacam-se aspectos contextuais que se relacionam com o tempo e a sua gestão, bem como com a visibilidade, o reconhecimento e o impacto do trabalho realizado no contexto. Através da descrição e análise de uma experiência de formação contínua em contexto, este trabalho revela possibilidades de ultrapassar os constrangimentos contextuais, sublinhando as potencialidades de desenvolvimento profissional em contexto, pelo modo como professoras, predispostas à mudança e comprometidas com a profissão, onde os alunos têm um papel particular, são capazes de inscrever transformação nas suas práticas, evidenciando a urgência não só de um apoio concreto e explícito, mas também de reconhecimento do trabalho desenvolvido em cada sala de aula, com cada turma, à descoberta de si e do outro, através das línguas para a construção de um mundo mais plural.

O quadro interativo na aula de inglês : desenvolvimento de práticas comunicativas

Na sociedade da informação, o papel da escola como centro transmissor de conhecimentos está a perder relevância face ao crescente número de fontes de informação alternativas, ricas em conteúdos e de fácil acesso. A alteração de paradigmas cria a necessidade de se introduzirem nos contextos educacionais novas ferramentas e que se adequem estratégias que permitam motivar e ensinar os aprendentes a procurarem e a selecionarem essa informação, participando, desta forma, ativamente na construção do conhecimento. Neste contexto, consideramos que o quadro interativo, pela sua capacidade de funcionar como hub digital, permite integrar recursos dinâmicos e interativos facilitadores do acesso ao conhecimento e à informação. A dissertação que apresentamos, “O Quadro Interativo na aula de inglês: desenvolvimento de práticas comunicativas”, situa-se na área do Multimédia em Educação e, mais especificamente, no domínio da tecnologia e pedagogia em sala de aula. A investigação foi desenhada em torno de um projeto de implementação de quadros interativos (Inov@r com QI) em agrupamentos/escolas do interior do país, associado a um Centro de Formação. A partir de uma investigação qualitativa mista, baseada no tracer study (análise documental, entrevistas e questionários) e no estudo etnográfico (aulas observadas, entrevistas e questionários), procurámos evidenciar a forma como essa tecnologia levou à integração de recursos e à adoção de estratégias promotoras de um ensino e aprendizagem ativo, centrado no aprendente e criando dinâmicas de interação e comunicação facilitadoras do desenvolvimento da competência comunicativa. Os resultados obtidos revelam que a introdução do quadro interativo produz efeitos positivos no ensino e aprendizagem do inglês. A sua integração em contexto de sala de aula abre espaço a um conjunto de potencialidades pedagógicas, promove o uso de recursos digitais variados; leva a uma diversificação de abordagens metodológicas que promovem a interação, criando espaços que levam ao desenvolvimento da competência comunicativa. No entanto, para tornar a introdução do quadro interativo mais eficaz, como ferramenta educativa no processo de ensino e aprendizagem, devemos ter em conta que esse processo de introdução do quadro deve ser planeada e refletida, devendo ter em conta uma nova realidade de conceitos, a tecnologia e as literacias necessárias para uma implementação eficaz. Os docentes devem ser acompanhados, ter acesso a formação técnica e pedagógica; e a possibilidade de integrarem um espaço de colaboração e partilha, como forma mais eficaz de se libertarem de práticas centradas no docente e orientadas apenas para a aquisição de conteúdos. Assim será possível dar lugar a um discurso pedagógico que inclua os vários intervenientes no processo de aprendizagem e a construção de conhecimento, num espaço de interação suportado pela tecnologia

Channel modelling for MIMO systems

Systems equipped with multiple antennas at the transmitter and at the receiver, known as MIMO (Multiple Input Multiple Output) systems, offer higher capacities, allowing an efficient exploitation of the available spectrum and/or the employment of more demanding applications. It is well known that the radio channel is characterized by multipath propagation, a phenomenon deemed problematic and whose mitigation has been achieved through techniques such as diversity, beamforming or adaptive antennas. By exploring conveniently the spatial domain MIMO systems turn the characteristics of the multipath channel into an advantage and allow creating multiple parallel and independent virtual channels. However, the achievable benefits are constrained by the propagation channel’s characteristics, which may not always be ideal. This work focuses on the characterization of the MIMO radio channel. It begins with the presentation of the fundamental results from information theory that triggered the interest on these systems, including the discussion of some of their potential benefits and a review of the existing channel models for MIMO systems. The characterization of the MIMO channel developed in this work is based on experimental measurements of the double-directional channel. The measurement system is based on a vector network analyzer and a two-dimensional positioning platform, both controlled by a computer, allowing the measurement of the channel’s frequency response at the locations of a synthetic array. Data is then processed using the SAGE (Space-Alternating Expectation-Maximization) algorithm to obtain the parameters (delay, direction of arrival and complex amplitude) of the channel’s most relevant multipath components. Afterwards, using a clustering algorithm these data are grouped into clusters. Finally, statistical information is extracted allowing the characterization of the channel’s multipath components. The information about the multipath characteristics of the channel, induced by existing scatterers in the propagation scenario, enables the characterization of MIMO channel and thus to evaluate its performance. The method was finally validated using MIMO measurements.