COMFALA : modelo computacional do processo de compreensão da fala

Esta Tese apresenta a investigação de técnicas computacionais que permitam a simulação computacional da compreensão de frases faladas. Esta investigação é baseada em estudos neurocognitivos que descrevem o processamento do cérebro ao interpretar a audição de frases. A partir destes estudos, realiza-se a proposição do COMFALA, um modelo computacional para representação do processo de compreensão da fala. O COMFALA possui quatro módulos, correspondentes às fases do processamento cerebral: processamento do sinal de fala, análise sintática, análise semântica e avaliação das respostas das análises. Para validação do modelo são propostas implementações para cada módulo do COMFALA. A codificação do sinal se dá através das transformadas ondeletas (wavelets transforms), as quais permitem uma representação automática de padrões para sistemas conexionistas (redes neurais artificiais) responsáveis pela análise sintática e semântica da linguagem. Para a análise sintática foi adaptado um sistema conexionista de linguagem escrita. Por outro lado, o sistema conexionista de análise semântica realiza agrupamentos por características prosódicas e fonéticas do sinal. Ao final do processo, compara-se a saída sintática com a semântica, na busca de uma melhor interpretação da fala.

Desenvolvimento de regras de pronúncia para a síntese de fala em língua portuguesa

Sabe-se que a fala é a principal maneira de comunicação entre as pessoas. A Síntese de fala (geração automática da fala pelo computador) tem recebido atenção da comunidade acadêmica e profissional por várias décadas. Ela envolve a conversão de um texto de entrada em fala, usando algoritmos e algumas formas de fala codificada. O texto pode ser digitado pelo teclado ou obtido por reconhecimento de caracteres ou, ainda, obtido de um banco de dados. A síntese de fala pode ser usada em vários domínios de aplicação, tais como: auxílio para deficientes visuais, telecomunicações, multimídia, etc. Este trabalho apresenta um estudo sobre a produção da fala e da área de síntese de fala visando servir de subsídio para dissertações e pesquisas futuras, bem como para o Projeto Spoltech, um projeto de cooperação entre os Estados Unidos e o Brasil para o avanço da tecnologia da língua falada no Brasil (Português Brasileiro). Dentro deste estudo serão apresentadas as principais técnicas de síntese de fala, entre as quais destaca-se: Texto para Fala (TPF). Problemas de separação de sílabas, determinação da sílaba tônica, pronunciação das vogais “e” e “o” como um fonema aberto ou fechado, etc, são enfrentados dentro do contexto da área de síntese de fala para o português falado no Brasil. Tendo conhecimento destes problemas, o principal objetivo deste trabalho será criar regras para resolver o problema de pronunciação das vogais “e” e “o” de forma automática, visando obter produção sonora mais inteligível, por intermédio da implementação de um analisador estatístico, o qual verificará a letra anterior e posterior ao “e” ou “o” de uma palavra e, com isso, determinar a pronúncia dos mesmos para aquela seqüência de letras. As mesmas poderão tornar-se regras válidas para a solução do problema se atingirem 80% dos casos de ocorrência no dicionário com fonema “e” ou “o” aberto (limiar), sendo que elas serão lidas por um interpretador Scheme utilizado pelo programa Festival - ferramenta para a construção de sistemas de síntese de fala desenvolvida pelo Centre for Speech Technology Research (University of Edinburgh, Reino Unido), a qual utiliza TPF como método de síntese. Sabendo-se que o Festival gera os fonemas “e” e “o” como fechados se não há uma regra para inferir o contrário, serão consideradas apenas as regras encontradas para os fonemas abertos. Para possibilitar esta análise será utilizado um dicionário eletrônico de pronunciação (com 19.156 palavras), o qual possui a palavra e a sua respectiva pronúncia, conforme pode-se verificar no exemplo do Anexo 1.

Estudo e implementação da programação genética para síntese de fala

Este trabalho descreve a aplicação da Programação Genética, uma técnica de Computação Evolucionária, ao problema da Síntese de Fala automática. A Programação Genética utiliza as técnicas da evolução humana para descobrir programas bem adaptados a um problema específico. Estes programas, compostos de instruções, variáveis, constantes e outros elementos que compõe uma linguagem de programação, são evoluídos ao longo de um conjunto de gerações. A Síntese de Fala, consiste na geração automática das formas de ondas sonoras a partir de um texto escrito. Uma das atividades mais importantes, é realizada através da conversão de palavras e letras para os sons da fala elementares (fonemas). Muitos sistemas de síntese são implementados através de regras fixas, escritas por programadores humanos. Um dos mais conhecidos sistemas de síntese é o FESTIVAL, desenvolvido pela Universidade de Edimburgh, usando a linguagem de programação funcional LISP e um número fixo de regras. Neste trabalho, nós exploramos a possibilidade da aplicação do paradigma da Programação Genética, para evoluir automaticamente regras que serão adotadas para implementação do idioma Português na ferramenta FESTIVAL, desenvolvido no projeto SPOLTECH (CNPq – NSF cooperação entre UFRGS e Universidade do Colorado). A modelagem do problema, consiste na definição das regras de pronúncia do Português Brasileiro, que a implementação do sistema FESTIVAL pronuncia erradamente, já que o mesmo foi implementado primariamente para o idioma Inglês. A partir destas regras, o sistema de Programação Genética, desenvolvido neste trabalho, evolui programas que constituem boas soluções para a conversão de letras para fonemas. A descrição dos resultados obtidos, cobre detalhes sobre a evolução das soluções, complexidade e regras implementadas, representadas pelas soluções mais bem adaptadas; mostrando que a Programação Genética, apesar de ser complexa, é bastante promissora.

Tolerância a falhas e reflexão computacional num ambiente distribuído

O modelo de objetos apresenta-se como um modelo promissor para o desenvolvimento de software tolerante a falhas em virtude de características inerentes ao próprio modelo de objetos, tais como abstração de dados, encapsulamento, herança e reutilização de objetos (componentes). O uso de técnicas orientadas a objetos facilita o controle da complexidade do sistema porque promove uma melhor estruturação de seus componentes e também permite que componentes já validados sejam reutilizados [LIS96]. Técnicas básicas para tolerância a falhas em software baseiam-se na diversidade de projeto e de implementação de componentes considerados críticos. Os componentes diversitários são gerenciados através de alguma técnica que tenha por objetivo assegurar o fornecimento do serviço solicitado, como, por exemplo, a conhecida técnica de blocos de recuperação. Reflexão Computacional é a capacidade que um sistema tem de fazer computações para se auto analisar. Ela é obtida quando o programa pára sua execução por um período de tempo para fazer computações sobre si próprio; analisa seu estado, se o processamento está correto, se pode prosseguir com a execução e atingir o objetivo satisfatoriamente; se não precisa mudar de estratégia ou algoritmo de execução, fazendo, ainda, processamentos necessários para o sucesso da execução. Um sistema de programação distribuída consiste basicamente em vários aplicativos executados em diferentes computadores, os quais realizam troca de mensagens para solucionar um problema comum. A comunicação entre os computadores é realizada através da rede que os interliga. As Redes que controlam sistemas críticos são normalmente de pequena escala pois redes de grandes dimensões podem apresentar atrasos e baixa confiabilidade. Portanto, a abordagem aqui proposta consiste em utilizar, em um ambiente distribuído, uma arquitetura reflexiva aliada a técnicas do domínio da tolerância a falhas para promover a separação entre as atividades de controle, salvamento, recuperação, distribuição e validação de componentes e as funcionalidades executadas pelo próprio componente, a fim de que falhas não venham a prejudicar a disponibilidade, confiabilidade e clareza de determinadas computações. A proposta apóia-se num estudo de caso, implementado na linguagem de programação Java, com seus protocolos de reflexão computacional e de comunicação.

Análise das potencialidades do uso da ferramenta de simulação computacional em operações logísticas : estudo de caso em armazém geral

Esta dissertação analisa potencialidades de uso da ferramenta de simulação computacional em atividades de um Armazém Geral. Para tanto, foi realizado um estudo de caso em um Armazém Geral onde se aplicou a ferramenta segundo o método de desenvolvimento de projetos de simulação computacional proposto por Barrônio (2000). O desenvolvimento do projeto de simulação foi, então, focado na atividade de apanha separação, integrante do sub-processo de separação de pedidos. O substrato teórico utilizado envolve uma abordagem sobre a logística e caracterização de armazém geral, bem como uma revisão dos conceitos principais da ferramenta de simulação computacional. No desenvolvimento da pesquisa, identificaram-se diversas aplicações da simulação tanto no armazém geral e terminais de cargas da empresa, quanto na análise da malha de rotas da empresa. A partir da análise dos resultados da simulação, em diversos cenários desenvolvidos e do entendimento sistêmico da situação em estudo, identificou-se como oportunidade de melhoria a definição de horários fixos de parada para descanso ao longo da jornada de trabalho na atividade de apanha separação O desenvolvimento do projeto de simulação computacional contribuiu como instrumento de aprendizagem e tomada de decisões sobre a realidade organizacional. Através de experimentação no modelo computacional o grupo de trabalho pôde testar e mudar seus pressupostos e sua compreensão do mundo real, aprimorando a aprendizagem. Identificou-se ainda, que os armazéns gerais dotados de sistema de gerenciamento automatizado apresentam um grande potencial para desenvolvimento de projetos de simulação, principalmente, devido à disponibilidade de dados característicos destas organizações.

O uso da simulação computacional como ferramenta de análise : um estudo de caso em empresa de câmaras de bronzeamento

A concorrência nos mercados locais e internacionais tem levado as empresas a tomarem-se cada vez mais competitivas e atentas as mud3nças no mercado, possibilitando-Ihes melhorias em seus processos produtivos. Este trabalho apresenta a modelagem e análise de melhorias no processo produtivo de uma empresa de montagem de câmaras de bronzeamento. A simulação computacional foi utilizada como ferramenta de análise das possíveis oportunidades de melhorias a serem introduzidas no processo produtivo. O processo original foi modelado com o objetivo de identificar e caracterizar a distribuição de tempos e utilização dos equipamentos e rerorsos presentes no processo produtivo da empresa. Diferentes propostas de melhorias foram investigadas e uma nova modelagem do processo foi sugerida, considerando exigências do mercado e características do processo produtivo empresarial. Comparações matemáticas entre os resultados foram elaboradas e as conclusões sobre o estudo são apresentadas ao final do trabalho. Os resultados da simulação estão sendo usados para avaliar possíveis alterações no processo produtivo da empresa, bem como para gerar documentos que registram conhecimento corporativo sobre possíveis arranjos na produção.

Um estudo sobre o desempenho de alunos de física usuários da ferramenta computacional Modellus na interpretação de gráficos em cinemática

O objetivo deste trabalho foi o de investigar o desempenho de estudantes quando expostos a atividades complementares de modelagem computacional na aprendizagem de Física, utilizando o software Modellus. Interpretação de gráficos da Cinemática foi o tópico de Física escolhido para investigação. A fundamentação teórica adotada esteve baseada na teoria de Halloun sobre modelagem esquemática e na teoria de Ausubel sobre aprendizagem significativa. O estudo envolveu estudantes do primeiro ano do curso de Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Vinte seis destes estudantes - grupo experimental - foram submetidos a atividades de modelagem exploratórias e de criação durante um breve intervalo de tempo (quatro encontros, com 2h15min cada). Vinte e seis outros estudantes constituíram um grupo de controle, adotando-se um delineamento quasi-experimental. Os resultados deste trabalho mostram que houve melhorias estatisticamente significativas no desempenho dos alunos do grupo experimental, quando comparado aos estudantes do grupo de controle, submetidos apenas ao método tradicional de ensino. A percepção do aluno em relação à relevância de conceitos e relações matemáticas, bem como a motivação para aprender, gerada pelas atividades, desempenharam um papel fundamental nesses resultados. Além disso, registrou-se alta receptividade em relação ao tratamento utilizado.

Ferramenta de apoio ao teste de aplicações java baseada em reflexão computacional

A atividade de teste constitui uma fase de grande importância no processo de desenvolvimento de software, tendo como objetivo garantir um alto grau de confiabilidade nos produtos desenvolvidos. O paradigma da Orientação a Objetos (OO) surgiu com o objetivo de melhorar a qualidade bem como a produtividade no desenvolvimento de aplicações. Entretanto, apesar do aumento constante de aceitação do paradigma OO pela indústria de software, a presença de algumas de suas características torna a atividade de teste de programas neste paradigma mais complexa do que o teste de sistemas tradicionais. Entre estas características cita-se a herança, o encapsulamento, o polimorfismo e a ligação dinâmica [EIS 97] [PRE 95] [UNG 97]. Algumas técnicas estão sendo implementadas para auxiliarem a atividade de teste através do uso da tecnologia de reflexão computacional [HER 99]. Estas técnicas permitem a realização de análises de aspectos dinâmicos dos programas, sem a necessidade de instrumentar o código-fonte das aplicações que estão sendo monitoradas. Com o objetivo de auxiliar o processo de teste de programas orientados a objetos, este trabalho aborda o desenvolvimento de uma ferramenta, a qual automatiza parcialmente o teste de programas escritos em Java. A ferramenta evidencia o teste de estados fazendo uso da tecnologia de reflexão computacional. Através da especificação de asserções, feitas pelo usuário da ferramenta, na forma de invariantes de classe, pré e pós-condições de métodos, é possível verificar a integridade dos estados dos objetos durante a execução do programa em teste. A ferramenta possibilita também, armazenar a seqüência de métodos chamados pelos objetos da aplicação em teste, tornando possível ao testador, visualizar o histórico das interações entre os objetos criados no nível-base.

Uma Metodologia para o desenvolvimento de aplicações de visão computacional utilizando um projeto conjunto de hardware e software

As tarefas de visão computacional incentivam uma significativa parte da pesquisa em todas as áreas científicas e industriais, entre as quais, cita-se a área voltada para o desenvolvimento de arquiteturas de computadores. A visão computacional é considerada um dos problemas mais desafiadores para a computação de alto desempenho, pois esta requer um grande desempenho, bem como um alto grau de flexibilidade. A flexibilidade é necessária pois a visão computacional abrange aplicações em que há diferentes tarefas a serem realizadas com diferentes necessidades de desempenho. Esta flexibilidade é particularmente importante em sistemas destinados a atuar como ambientes experimentais para novas técnicas de processamento visual ou para a prototipação de novas aplicações. Computação configurável tem demonstrado, por meio de exemplos implementados pela comunidade científica, fornecer uma boa relação entre alto desempenho e flexibilidade necessária para a implementação de diferentes técnicas utilizadas na área de visão computacional. Contudo, poucos esforços de pesquisa têm sido realizados na concepção de sistemas completos visando a solução de um problema de visão computacional, incluindo ambos os requisitos de software e de hardware. O principal objetivo deste trabalho é mostrar que as técnicas e tecnologias disponíveis na área de computação configurável podem ser empregadas para a concepção de um sistema capaz de implementar um grande número de aplicações da área de visão computacional na pesquisa e no ambiente industrial. Entretanto, não é escopo deste trabalho implementar um sistema de computação que seja suficiente para abordar os requerimentos necessários para todas as aplicações em visão computacional, mas os métodos aqui introduzidos podem ser utilizados como uma base geral de implementação de várias tarefas de visão computacional. Este trabalho utiliza ambientes que permitem implementações conjuntas de hardware e software, pois os mesmos facilitam a validação das técnicas aqui apresentadas, por meio da implementação de um estudo de caso, sendo parte deste estudo de caso implementado em software e outra parte em hardware.

Desenvolvimento e avaliação de uma ferramenta computacional multimeios utilizada no auxílio ao aprendizado de projetos de experimentos básicos

Esta dissertação trata do desenvolvimento e avaliação de uma ferramenta computacional multimeios utilizada no auxílio ao aprendizado de projetos de experimentos básicos. A busca da sociedade por novos produtos e processos, cada vez melhores e de forma mais rápida, determina a necessidade da aplicação de técnicas mais objetivas e eficientes para se alcançar estes desafios. O trabalho de execução visando contemplar o mencionado anteriormente, procedeu-se da seguinte forma: (i) revisão e descrição dos conceitos relativos à Engenharia da Qualidade e ao Planejamento, Projeto e Análise de Experimentos (PPAE); (ii) identificação e descrição de métodos ou regras de planejamento experimental; (iii) investigação e identificação dos projetos e análises de experimentos considerados básicos; (iv) desenvolvimento de uma ferramenta multimeios para o auxílio ao aprendizado de PPAE; (v) avaliação da ferramenta desenvolvida, através de um estudo de caso; (vi) conclusões relacionadas ao trabalho desenvolvido. A abordagem adotada para apresentar a técnica experimental, destacou o planejamento, do projeto e análise, detalhando separadamente os mesmos. Este passo almejou, de forma objetiva, identificar aqueles projetos e análises básicos, iniciais ao aprendizado. A elaboração e posterior avaliação da ferramenta multimeios permitiu perceber a potencialidade da mesma, como um meio instrucional para o tema específico de projetos de experimentos, sendo sua aplicação de relativa facilidade. A avaliação mostrou ainda que existe muito a se avançar nos meios físicos de apresentação/execução deste tipo de ferramenta multimeios.

CaTLeT : ferramenta computacional de apoio ao ensino/aprendizado de teoria das categorias

Teoria das Categorias é uma ramificação da Matemática Pura relativamente recente, tendo sua base sido enunciada ao final da primeira metade do século XX. Embora seja Teoria de grande expressividade, sua aplicação efetiva tem encontrado até o momento grandes obstáculos, todos decorrência natural da brevidade de sua História. A baixa oferta de bibliografia (e predominantemente em língua inglesa) e a falta de uniformidade na exposição do que sejam os tópicos introdutórios convergem e potencializam outro grande empecilho à sua propagação - a baixa oferta de cursos com enfoque em Teoria das Categorias. Consegue, a despeito destes obstáculos, arrebanhar admiradores em inúmeros centros de reconhecida excelência técnica e científica. Dentre todas as áreas do conhecimento, atrai em especial a atenção da Ciência da Computação, por características como independência de implementação, dualidade, herança de resultados, possibilidade de comparação da expressividade de outros formalismos, forte embasamento em notação gráfica e, sobretudo, pela expressividade de suas construções [MEN2001]. No Brasil, já conta com o reconhecimento de seu papel no futuro da Ciência da Computação por parte de instituições como SBC e MEC. Os obstáculos aqui descritos, entretanto, ainda necessitam ser transpostos. O presente trabalho foi desenvolvido visando contribuir nesta tarefa. O projeto consiste em uma iniciativa aplicada em Ciência da Computação, a qual visa oportunizar o franco acesso aos conceitos categoriais introdutórios: uma aplicação de computador que faça amplo uso de representação diagramática para apresentar a proposição de conceitos básicos do grupo de pesquisa em Teoria das Categorias do Instituto de Informática da UFRGS. A proposição e implementação de uma ferramenta, embora não constitua iniciativa inédita no mundo, até onde se sabe é a segunda experiência desta natureza. Ademais, vale destacar que os conceitos tratados, assim como os objetivos visados, são atendidos de forma única e exclusiva por esta aplicação. Conjuntamente, vislumbra-se a aplicação desenvolvida desempenhando importante papel de agente catalisador na propagação da visão dos Grupos de Pesquisa em Teoria das Categorias da UFRGS e da PUC/RJ do que sejam os "conceitos categoriais introdutórios".