A computational and geometric approach to phase resetting curves and surfaces

"Vegeu el resum a l'inici del document del fitxer adjunt."

Fast numerical algorithms for the computation of invariant tori in Hamiltonian systems

In this paper, we develop numerical algorithms that use small requirements of storage and operations for the computation of invariant tori in Hamiltonian systems (exact symplectic maps and Hamiltonian vector fields). The algorithms are based on the parameterization method and follow closely the proof of the KAM theorem given in [LGJV05] and [FLS07]. They essentially consist in solving a functional equation satisfied by the invariant tori by using a Newton method. Using some geometric identities, it is possible to perform a Newton step using little storage and few operations. In this paper we focus on the numerical issues of the algorithms (speed, storage and stability) and we refer to the mentioned papers for the rigorous results. We show how to compute efficiently both maximal invariant tori and whiskered tori, together with the associated invariant stable and unstable manifolds of whiskered tori. Moreover, we present fast algorithms for the iteration of the quasi-periodic cocycles and the computation of the invariant bundles, which is a preliminary step for the computation of invariant whiskered tori. Since quasi-periodic cocycles appear in other contexts, this section may be of independent interest. The numerical methods presented here allow to compute in a unified way primary and secondary invariant KAM tori. Secondary tori are invariant tori which can be contracted to a periodic orbit. We present some preliminary results that ensure that the methods are indeed implementable and fast. We postpone to a future paper optimized implementations and results on the breakdown of invariant tori.

Una aproximació d'aprenentatge automàtic per a extracció d'informació adaptativa

Les tècniques de clustering poden ajudar a reduir la supervisió en processos d'obtenció de patrons per a Extracció d'Informació. En aquest treball, que abarca un període de 4 anys de recerca, es comença per estudiar la representació de documents més adequada per a la tasca de clustering. Per tal d'evitar els biaixos dels mètodes individuals de clustering, es consideren mètodes de clustering conjunt. S'exploren diversos mètodes de combinació supervisada, i s'hi afegeixen estratègies automàtiques per a determinar el nombre de clusters de la combinació. També es consideren mecanismes per a obtenir clusterings conjunts ponderats, així com estratègies de combinació no supervisada. Finalment, els resultats del clustering s'utilitzen en un sistema d'adquisició de patrons per a substituir els elements de supervisió humana. Totes aquestes estratègies i mètodes s'avaluen en tasques de clustering de documents i adquisició de patrons usant dades reals. Es comprova que els mots com representació de documents superen altres models per a la tasca de clustering, així com que el clustering conjunt supera les limitacions dels clusterings individuals, i que les estratègies no supervisades d'adquisició de patrons obtenen resultats competitius respecte a les estratègies supervisades.

Neuromarketing: la tangibilización de las emociones

“Neuromarketing, la tangibilización de las emociones” és una aproximació als estudis sobre els sistemes neuronals que regeixen el cervell humà, amb la finalitat de relacionar-ho a la conducta del consumidor. Aquest treball explora la aplicació dels descobriments en matèria neurocientífica al camp del marketing. Tot això, pel posterior anàlisi sobre la viabilitat i fiabilitat de la implementació d’aquests avanços al mon professional.

A first attempt of geographically-distributed Multi-scale integrated analysis of societal and ecosystem metabolism (MuSIASEM): mapping human time and energy throughput in metropolitan Barcelona

This study presents a first attempt to extend the “Multi-scale integrated analysis of societal and ecosystem metabolism (MuSIASEM)” approach to a spatial dimension using GIS techniques in the Metropolitan area of Barcelona. We use a combination of census and commercial databases along with a detailed land cover map to create a layer of Common Geographic Units that we populate with the local values of human time spent in different activities according to MuSIASEM hierarchical typology. In this way, we mapped the hours of available human time, in regards to the working hours spent in different locations, putting in evidence the gradients in spatial density between the residential location of workers (generating the work supply) and the places where the working hours are actually taking place. We found a strong three-modal pattern of clumps of areas with different combinations of values of time spent on household activities and on paid work. We also measured and mapped spatial segregation between these two activities and put forward the conjecture that this segregation increases with higher energy throughput, as the size of the functional units must be able to cope with the flow of exosomatic energy. Finally, we discuss the effectiveness of the approach by comparing our geographic representation of exosomatic throughput to the one issued from conventional methods.

Adquisició d'imatges en infraroig proper de baixa alçària sobre zones d'interès al Montseny (I)

En aquest informe, fem una primera avaluació d'un sistema basat en un mini-UAV, operat per l'empresa CATUAV (www.catuav.com), sobre una zona a l'est del Parc Natural del Montseny (PNM) tot comparant amb imatges adquirides l'any anterior sobre la mateixa zona, amb sistemes i plataformes aèries de primer nivell per l'Institut Cartogràfic de Catalunya i que utilitzem com a referent de qualitat. Tot assumint que les imatges produïdes pels UAV són d'una qualitat inferior als sistemes convencionals de teledetecció aerotransportada, si la qualitat i operativitat són encara suficients, aquests sistemes, donat el seu cost, poden constituir una eina important per adquirir informació d'alta resolució pel control de l'evolució de camps abandonats, de l'estat de la vegetació de ribera, de l'estat fitosanitari de cobertes forestals i plagues, de la distribució d'espècies invasores, de les conseqüències d'actuacions de restauració o aclariment del bosc, de l'impacte dels visitants etc. En concret, en aquest informe avaluem el sistema de CATUAV pel que fa a: 1) Operativitat del vol i adquisició de les imatges sobre una zona prèviament assenyalada com objectiu; 2) Operativitat del producte en quant a la localització i orientació de les imatges sobre el terreny; i 3) Qualitat radiomètrica i geomètrica de les imatges.

Testing low-altitude infrared digital photography from a mini-UAV to retrieve information for biological conservation

Satellite remote sensing imagery is used for forestry, conservation and environmental applications, but insufficient spatial resolution, and, in particular, unavailability of images at the precise timing required for a given application, often prevent achieving a fully operational stage. Airborne remote sensing has the advantage of custom-tuned sensors, resolution and timing, but its price prevents using it as a routine technique for the mentioned fields. Some Unmanned Aerial Vehicles might provide a “third way” solution as low-cost techniques for acquiring remotely sensed information, under close control of the end-user, albeit at the expense of lower quality instrumentation and instability. This report evaluates a light remote sensing system based on a remotely-controlled mini-UAV (ATMOS-3) equipped with a color infra-red camera (VEGCAM-1) designed and operated by CATUAV. We conducted a testing mission over a Mediterranean landscape dominated by an evergreen woodland of Aleppo pine (Pinus halepensis) and (Holm) oak (Quercus ilex) in the Montseny National Park (Catalonia, NE Spain). We took advantage of state-of-the-art ortho-rectified digital aerial imagery (acquired by the Institut Cartogràfic de Catalunya over the area during the previous year) and used it as quality reference. In particular, we paid attention to: 1) Operationality of flight and image acquisition according to a previously defined plan; 2) Radiometric and geometric quality of the images; and 3) Operational use of the images in the context of applications. We conclude that the system has achieved an operational stage regarding flight activities, although with meteorological limits set by wind speed and turbulence. Appropriate landing areas can be sometimes limiting also, but the system is able to land on small and relatively rough terrains such as patches of grassland or short matorral, and we have operated the UAV as far as 7 km from the control unit. Radiometric quality is sufficient for interactive analysis, but probably insufficient for automated processing. A forthcoming camera is supposed to greatly improve radiometric quality and consistency. Conventional GPS positioning through time synchronization provides coarse orientation of the images, with no roll information.

Gestor d'entorns virtuals per a l'execució de tasques d'altes prestacions

Amb l'evolució de la tecnologia les capacitats de còmput es van incrementant i problemes irresolubles del passat deixen de ser-ho amb els recursos actuals. La majoria d'aplicacions que s'enfronten a aquests problemes són complexes, ja que per aconseguir taxes elevades de rendiment es fa necessari utilitzar el major nombre de recursos possibles, i això les dota d'una arquitectura inherentment distribuïda. Seguint la tendència de la comunitat investigadora, en aquest treball de recerca es proposa una arquitectura per a entorns grids basada en la virtualització de recursos que possibilita la gestió eficient d'aquests recursos. L'experimentació duta a terme ha permès comprovar la viabilitat d'aquesta arquitectura i la millora en la gestió que la utilització de màquines virtuals proporciona.

Analyzing the effects of transient faults into applications

As computer chips implementation technologies evolve to obtain more performance, those computer chips are using smaller components, with bigger density of transistors and working with lower power voltages. All these factors turn the computer chips less robust and increase the probability of a transient fault. Transient faults may occur once and never more happen the same way in a computer system lifetime. There are distinct consequences when a transient fault occurs: the operating system might abort the execution if the change produced by the fault is detected by bad behavior of the application, but the biggest risk is that the fault produces an undetected data corruption that modifies the application final result without warnings (for example a bit flip in some crucial data). With the objective of researching transient faults in computer system’s processor registers and memory we have developed an extension of HP’s and AMD joint full system simulation environment, named COTSon. This extension allows the injection of faults that change a single bit in processor registers and memory of the simulated computer. The developed fault injection system makes it possible to: evaluate the effects of single bit flip transient faults in an application, analyze an application robustness against single bit flip transient faults and validate fault detection mechanism and strategies.

Deadlock avoidance with virtual channels

High Performance Computing is a rapidly evolving area of computer science which attends to solve complicated computational problems with the combination of computational nodes connected through high speed networks. This work concentrates on the networks problems that appear in such networks and specially focuses on the Deadlock problem that can decrease the efficiency of the communication or even destroy the balance and paralyze the network. Goal of this work is the Deadlock avoidance with the use of virtual channels, in the switches of the network where the problem appears. The deadlock avoidance assures that will not be loss of data inside network, having as result the increased latency of the served packets, due to the extra calculation that the switches have to make to apply the policy.

Análisis de rendimiento de aplicaciones paralelas de memoria compartida: problema N-body

Este trabajo analiza el rendimiento de cuatro nodos de cómputo multiprocesador de memoria compartida para resolver el problema N-body. Se paraleliza el algoritmo serie, y se codifica usando el lenguaje C extendido con OpenMP. El resultado son dos variantes que obedecen a dos criterios de optimización diferentes: minimizar los requisitos de memoria y minimizar el volumen de cómputo. Posteriormente, se realiza un proceso de análisis de las prestaciones del programa sobre los nodos de cómputo. Se modela el rendimiento de las variantes secuenciales y paralelas de la aplicación, y de los nodos de cómputo; se instrumentan y ejecutan los programas para obtener resultados en forma de varias métricas; finalmente se muestran e interpretan los resultados, proporcionando claves que explican ineficiencias y cuellos de botella en el rendimiento y posibles líneas de mejora. La experiencia de este estudio concreto ha permitido esbozar una incipiente metodología de análisis de rendimiento, identificación de problemas y sintonización de algoritmos a nodos de cómputo multiprocesador de memoria compartida.

Performance analysis and tuning in multicore environments

Performance analysis is the task of monitor the behavior of a program execution. The main goal is to find out the possible adjustments that might be done in order improve the performance. To be able to get that improvement it is necessary to find the different causes of overhead. Nowadays we are already in the multicore era, but there is a gap between the level of development of the two main divisions of multicore technology (hardware and software). When we talk about multicore we are also speaking of shared memory systems, on this master thesis we talk about the issues involved on the performance analysis and tuning of applications running specifically in a shared Memory system. We move one step ahead to take the performance analysis to another level by analyzing the applications structure and patterns. We also present some tools specifically addressed to the performance analysis of OpenMP multithread application. At the end we present the results of some experiments performed with a set of OpenMP scientific application.

Alineamiento múltiple de secuencias con T-Coffee: una aproximación paralela

Las aplicaciones de alineamiento múltiple de secuencias son prototipos de aplicaciones que requieren elevada potencia de cómputo y memoria. Se destacan por la relevancia científica que tienen los resultados que brindan a investigaciones científicas en el campo de la biomedicina, genética y farmacología. Las aplicaciones de alineamiento múltiple tienen la limitante de que no son capaces de procesar miles de secuencias, por lo que se hace necesario crear un modelo para resolver la problemática. Analizando el volumen de datos que se manipulan en el área de las ciencias biológica y la complejidad de los algoritmos de alineamiento de secuencias, la única vía de solución del problema es a través de la utilización de entornos de cómputo paralelos y la computación de altas prestaciones. La investigación realizada por nosotros tiene como objetivo la creación de un modelo paralelo que le permita a los algoritmos de alineamiento múltiple aumentar el número de secuencias a procesar, tratando de mantener la calidad en los resultados para garantizar la precisión científica. El modelo que proponemos emplea como base la clusterización de las secuencias de entrada utilizando criterios biológicos que permiten mantener la calidad de los resultados. Además, el modelo se enfoca en la disminución del tiempo de cómputo y consumo de memoria. Para presentar y validar el modelo utilizamos T-Coffee, como plataforma de desarrollo e investigación. El modelo propuesto pudiera ser aplicado a cualquier otro algoritmo de alineamiento múltiple de secuencias.

GAPS: generador de aplicaciones sintéticas

Gaps es un generador de aplicaciones sintéticas de estructura compuesta Master/Worker de pipelines. Para crear una aplicación sintética, el investigador utilizará Gaspar, que recibe un fichero de texto con los parámetros de la aplicación a generar: cantidad de workers, etapas, tamaño de mensaje a enviar, etc., y genera un fichero con las propiedades de cada etapa. A partir de estos datos, Gaps, que esta hecho en C con MPI, genera y ejecuta la aplicación paralela. Estas aplicaciones se utilizan para comprobar en un entorno real los estudios analíticos que constituyen el modelo de rendimiento y sintonización dinámica.

Análisis y sintonización de aplicaciones paralelas/distribuidas de bioinformática: caso de estudio mpiBLAST

En termes de temps d'execució i ús de dades, les aplicacions paral·leles/distribuïdes poden tenir execucions variables, fins i tot quan s'empra el mateix conjunt de dades d'entrada. Existeixen certs aspectes de rendiment relacionats amb l'entorn que poden afectar dinàmicament el comportament de l'aplicació, tals com: la capacitat de la memòria, latència de la xarxa, el nombre de nodes, l'heterogeneïtat dels nodes, entre d'altres. És important considerar que l'aplicació pot executar-se en diferents configuracions de maquinari i el desenvolupador d'aplicacions no port garantir que els ajustaments de rendiment per a un sistema en particular continuïn essent vàlids per a d'altres configuracions. L'anàlisi dinàmica de les aplicacions ha demostrat ser el millor enfocament per a l'anàlisi del rendiment per dues raons principals. En primer lloc, ofereix una solució molt còmoda des del punt de vista dels desenvolupadors mentre que aquests dissenyen i evaluen les seves aplicacions paral·leles. En segon lloc, perquè s'adapta millor a l'aplicació durant l'execució. Aquest enfocament no requereix la intervenció de desenvolupadors o fins i tot l'accés al codi font de l'aplicació. S'analitza l'aplicació en temps real d'execució i es considra i analitza la recerca dels possibles colls d'ampolla i optimitzacions. Per a optimitzar l'execució de l'aplicació bioinformàtica mpiBLAST, vam analitzar el seu comportament per a identificar els paràmetres que intervenen en el rendiment d'ella, com ara: l'ús de la memòria, l'ús de la xarxa, patrons d'E/S, el sistema de fitxers emprat, l'arquitectura del processador, la grandària de la base de dades biològica, la grandària de la seqüència de consulta, la distribució de les seqüències dintre d'elles, el nombre de fragments de la base de dades i/o la granularitat dels treballs assignats a cada procés. El nostre objectiu és determinar quins d'aquests paràmetres tenen major impacte en el rendiment de les aplicacions i com ajustar-los dinàmicament per a millorar el rendiment de l'aplicació. Analitzant el rendiment de l'aplicació mpiBLAST hem trobat un conjunt de dades que identifiquen cert nivell de serial·lització dintre l'execució. Reconeixent l'impacte de la caracterització de les seqüències dintre de les diferents bases de dades i una relació entre la capacitat dels workers i la granularitat de la càrrega de treball actual, aquestes podrien ser sintonitzades dinàmicament. Altres millores també inclouen optimitzacions relacionades amb el sistema de fitxers paral·lel i la possibilitat d'execució en múltiples multinucli. La grandària de gra de treball està influenciat per factors com el tipus de base de dades, la grandària de la base de dades, i la relació entre grandària de la càrrega de treball i la capacitat dels treballadors.