Engineering Complex Computational Ecosystems

Self-organising pervasive ecosystems of devices are set to become a major vehicle for delivering infrastructure and end-user services. The inherent complexity of such systems poses new challenges to those who want to dominate it by applying the principles of engineering. The recent growth in number and distribution of devices with decent computational and communicational abilities, that suddenly accelerated with the massive diffusion of smartphones and tablets, is delivering a world with a much higher density of devices in space. Also, communication technologies seem to be focussing on short-range device-to-device (P2P) interactions, with technologies such as Bluetooth and Near-Field Communication gaining greater adoption. Locality and situatedness become key to providing the best possible experience to users, and the classic model of a centralised, enormously powerful server gathering and processing data becomes less and less efficient with device density. Accomplishing complex global tasks without a centralised controller responsible of aggregating data, however, is a challenging task. In particular, there is a local-to-global issue that makes the application of engineering principles challenging at least: designing device-local programs that, through interaction, guarantee a certain global service level. In this thesis, we first analyse the state of the art in coordination systems, then motivate the work by describing the main issues of pre-existing tools and practices and identifying the improvements that would benefit the design of such complex software ecosystems. The contribution can be divided in three main branches. First, we introduce a novel simulation toolchain for pervasive ecosystems, designed for allowing good expressiveness still retaining high performance. Second, we leverage existing coordination models and patterns in order to create new spatial structures. Third, we introduce a novel language, based on the existing ``Field Calculus'' and integrated with the aforementioned toolchain, designed to be usable for practical aggregate programming.

Learning Methods and Algorithms for Semantic Text Classification across Multiple Domains

Information is nowadays a key resource: machine learning and data mining techniques have been developed to extract high-level information from great amounts of data. As most data comes in form of unstructured text in natural languages, research on text mining is currently very active and dealing with practical problems. Among these, text categorization deals with the automatic organization of large quantities of documents in priorly defined taxonomies of topic categories, possibly arranged in large hierarchies. In commonly proposed machine learning approaches, classifiers are automatically trained from pre-labeled documents: they can perform very accurate classification, but often require a consistent training set and notable computational effort. Methods for cross-domain text categorization have been proposed, allowing to leverage a set of labeled documents of one domain to classify those of another one. Most methods use advanced statistical techniques, usually involving tuning of parameters. A first contribution presented here is a method based on nearest centroid classification, where profiles of categories are generated from the known domain and then iteratively adapted to the unknown one. Despite being conceptually simple and having easily tuned parameters, this method achieves state-of-the-art accuracy in most benchmark datasets with fast running times. A second, deeper contribution involves the design of a domain-independent model to distinguish the degree and type of relatedness between arbitrary documents and topics, inferred from the different types of semantic relationships between respective representative words, identified by specific search algorithms. The application of this model is tested on both flat and hierarchical text categorization, where it potentially allows the efficient addition of new categories during classification. Results show that classification accuracy still requires improvements, but models generated from one domain are shown to be effectively able to be reused in a different one.

Calcoli di sezioni d'urto efficaci di riflettore in sistemi PWR di terza generazione

La corretta modellizzazione della zona del riflettore dei sistemi GEN III+ è un passaggio fondamentale per un’accurata predizione dei parametri di cella il cui valore influenza direttamente la distribuzione di potenza su tutto il nocciolo. Tale esigenza si è resa ancora più stringente dopo la constatazione che il fenomeno del “tilt power” risulta essere più amplificato nei noccioli nucleari equipaggiati con un riflettore pesante. Per tali ragioni, nel presente lavoro di tesi si è dedicata particolare attenzione alle metodiche di modellizzazione ed alla generazione delle sezioni d’urto efficaci omogenee ed agli assembly discontinuity factors (ADF) nella zona di riflessione. Il codice deterministico utilizzato per il calcolo è SCALE 6.1.3. La notevole differenza nelle proprietà neutroniche associata ad un’elevata eterogeneità geometrica tra un nocciolo ed un riflettore hanno suggerito di effettuare un’analisi preliminare sul sistema riflettente GEN II proposto nel benchmark NEA-NSC-DOC (2013) per testare la capacità di SCALE 6.1.3 di effettuare un corretto calcolo di cella adottando una modellizzazione monodimensionale assembly/riflettore. I risultati ottenuti sono confrontati con quelli presentati nel benchmark e e con quelli valutati attraverso il codice Monte Carlo SERPENT 2.0 confermando la capacità di calcolo di SCALE 6.1.3. L’analisi sulla modellizzazione dei sistemi riflettenti GEN III+ è stata effettuata ricavando il valore dei parametri di cella per configurazioni omogenee ed una serie di configurazioni geometriche esatte che comprendono tutte le modellizzazioni del sistema riflettente lungo la direzione angolare del riflettore. Si è inoltre effettuata un’analisi di sensitività su parametri operativi e sui parametri di codice. Si è infine effettuato un calcolo in color-set per indagare l’influenza degli effetti 2-D sui parametri di cella. I risultati prodotti rappresentano un contributo migliorativo nella conoscenza dei parametri di cella di riflettore e potranno essere utilizzati per una più precisa valutazione del fenomeno del tilt nei sistemi GEN III+.

Assessment of gait spatio-temporal parameters in neurological disorders using wearable inertial sensors

Movement analysis carried out in laboratory settings is a powerful, but costly solution since it requires dedicated instrumentation, space and personnel. Recently, new technologies such as the magnetic and inertial measurement units (MIMU) are becoming widely accepted as tools for the assessment of human motion in clinical and research settings. They are relatively easy-to-use and potentially suitable for estimating gait kinematic features, including spatio-temporal parameters. The objective of this thesis regards the development and testing in clinical contexts of robust MIMUs based methods for assessing gait spatio-temporal parameters applicable across a number of different pathological gait patterns. First, considering the need of a solution the least obtrusive as possible, the validity of the single unit based approach was explored. A comparative evaluation of the performance of various methods reported in the literature for estimating gait temporal parameters using a single unit attached to the trunk first in normal gait and then in different pathological gait conditions was performed. Then, the second part of the research headed towards the development of new methods for estimating gait spatio-temporal parameters using shank worn MIMUs on different pathological subjects groups. In addition to the conventional gait parameters, new methods for estimating the changes of the direction of progression were explored. Finally, a new hardware solution and relevant methodology for estimating inter-feet distance during walking was proposed. Results of the technical validation of the proposed methods at different walking speeds and along different paths against a gold standard were reported and showed that the use of two MIMUs attached to the lower limbs associated with a robust method guarantee a much higher accuracy in determining gait spatio-temporal parameters. In conclusion, the proposed methods could be reliably applied to various abnormal gaits obtaining in some cases a comparable level of accuracy with respect to normal gait.

La promozione dell'inclusione nei sistemi scolastici attraverso l'intervento di cooperazione internazionale: l'esperienza di El Salvador

La ricerca si colloca all’interno di un complesso intervento di cooperazione internazionale realizzato in El Salvador tra il 2009 e il 2014. Il Progetto di cooperazione è stato promosso dal Dipartimento di Scienze dell’Educazione dell’Università di Bologna e finanziato dalla Cooperazione Italiana. L’esperienza studiata rappresenta un esempio di promozione dell’inclusione nei sistemi scolastici di Paesi del Sud del mondo e si propone due obiettivi: 1) analizzare il processo di cambiamento della prospettiva di intervento promossa dalla cooperazione internazionale, evidenziando la dimensione educativa che sostiene processi di empowerment e ownership delle istituzioni locali; 2) contribuire al dibattito sull’ “inclusive education”, sostenendo processi di inclusione scolastica e sociale rivolti a tutti coloro che si trovano in situazione di svantaggio psico-fisico e/o socio-culturale. Le politiche locali del Ministero dell’Educazione dal 2009 hanno promosso un modello educativo con l’obiettivo di garantire il diritto all’educazione per tutti nella scuola pubblica. Lo studio costituisce un'indagine di tipo valutativo sul processo di sviluppo della scuola inclusiva in El Salvador, supportato dall’intervento di cooperazione internazionale. La ricerca utilizza in modo integrato strumenti di natura quantitativa (questionari) e qualitativa (interviste). Dai dati raccolti emerge come il processo di cooperazione sia stato caratterizzato dal principio della pari dignità tra esperti internazionali e autorità politiche e tecniche locali. Inoltre, la ricerca ha consentito di verificare come la cultura dell'inclusione si sia radicata in modo diffuso nella percezione della missione della scuola e il suo ruolo tra i protagonisti del sistema scolastico. Alla luce dei risultati, appare fondamentale continuare a investire sulla formazione tecnica delle figure chiave del sistema educativo; facilitare il processo di inclusione dei disabili nelle scuole regolari con una parallela trasformazione delle scuole speciali in centri di supporto all’integrazione; promuovere una sinergia di azione formativa tra il ministero, mondo accademico e della formazione professionale.

La prova penale nelle indagini difensive. Analisi comparata degli strumenti processuali concessi alla difesa nei sistemi italiano e statunitense.

L’elaborato si occupa di fare il punto in materia di indagini difensive a tre lustri dall’entrata in vigore della legge n. 397/2000, epilogo di un lungo processo evolutivo che ha visto da un lato, una gestazione faticosa e travagliata, dall’altro, un prodotto normativo accolto dagli operatori in un contesto di scetticismo generale. In un panorama normativo e giurisprudenziale in continua evoluzione, i paradigmi dettati dagli artt. 24 e 111 della Costituzione, in tema di diritto alla difesa e di formazione della prova penale secondo il principio del contraddittorio tra le parti, in condizioni di parità, richiedono che il sistema giustizia offra sia all’indagato che all’imputato sufficienti strumenti difensivi. Tenuto conto delle diversità che caratterizzano naturalmente i ruoli dell’accusa e della difesa che impongono asimmetrie genetiche inevitabili, l’obiettivo della ricerca consiste nella disamina degli strumenti idonei a garantire il diritto alla prova della difesa in ogni stato e grado del procedimento, nel tentativo di realizzare compiutamente il principio di parità accusa - difesa nel processo penale. La ricerca si dipana attraverso tre direttrici: l’analisi dello statuto sulle investigazioni difensive nella sua evoluzione storica sino ai giorni nostri, lo studio della prova penale nel sistema americano e, infine, in alcune considerazioni finali espresse in chiave comparatistica. Le suggestioni proposte sono caratterizzate da un denominatore comune, ovvero dal presupposto che per contraddire è necessario conoscere e che solo per tale via sia possibile, finalmente, riconoscere il diritto di difendersi indagando.