Introduzione alla teoria delle ranking functions

La tesi si occupa della teoria delle ranking functions di W. Spohn, dottrina epistemologica il cui fine è dare una veste logica rigorosa ai concetti di causalità, legge di natura, spiegazione scientifica, a partire dalla nozione di credenza. Di tale teoria manca ancora una esposizione organica e unitaria e, soprattutto, formulata in linguaggio immediatamente accessibile. Nel mio lavoro, che si presenta come introduzione ad essa, è anche messa a raffronto con le teorie che maggiormente l’hanno influenzata o rispetto alle quali si pone come avversaria. Il PRIMO CAPITOLO si concentra sulla teoria di P. Gärdenfors, il più diretto predecessore e ispiratore di Spohn. Questo consente al lettore di acquisire familiarità con le nozioni di base della logica epistemica. La conoscenza, nella teoria del filosofo svedese, è concepita come processo di acquisizione ed espulsione di credenze, identificate con proposizioni, da un insieme. I tre maggiori fenomeni epistemici sono l’espansione, la revisione e la contrazione. Nel primo caso si immagazzina una proposizione in precedenza sconosciuta, nel secondo se ne espelle una a causa dell’acquisizione della sua contraddittoria, nel terzo si cancella una proposizione per amore di ipotesi e si investigano le conseguenze di tale cancellazione. Controparte linguistica di quest’ultimo fenomeno è la formulazione di un condizionale controfattuale. L’epistemologo, così come Gärdenfors concepisce il suo compito, è fondamentalmente un logico che deve specificare funzioni: vale a dire, le regole che deve rispettare ciascun passaggio da un insieme epistemico a un successivo per via di espansione, revisione e contrazione. Il SECONDO CAPITOLO tratta infine della teoria di Spohn, cercando di esporla in modo esauriente ma anche molto semplice. Anche in Spohn evidentemente il concetto fondamentale è quello di funzione: si tratta però in questo caso di quella regola di giudizio soggettivo che, a ciascuna credenza, identificata con una proposizione, associa un grado (un rank), espresso da un numero naturale positivo o dallo zero. Un rank è un grado di non-credenza (disbelief). Perché la non-credenza (che comporta un notevole appesantimento concettuale)? Perché le leggi della credenza così concepite presentano quella che Spohn chiama una “pervasiva analogia” rispetto alle leggi della probabilità (Spohn la chiama persino “armonia prestabilita” ed è un campo su cui sta ancora lavorando). Essenziale è il concetto di condizionalizzazione (analogo a quello di probabilità condizionale): a una credenza si associa un rank sulla base di (almeno) un’altra credenza. Grazie a tale concetto Spohn può formalizzare un fenomeno che a Gärdenfors sfugge, ossia la presenza di correlazioni interdoxastiche tra le credenze di un soggetto. Nella logica epistemica del predecessore, infatti, tutto si riduce all’inclusione o meno di una proposizione nell’insieme, non si considerano né gradi di credenza né l’idea che una credenza sia creduta sulla base di un’altra. Il TERZO CAPITOLO passa alla teoria della causalità di Spohn. Anche questa nozione è affrontata in prospettiva epistemica. Non ha senso, secondo Spohn, chiedersi quali siano i tratti “reali” della causalità “nel mondo”, occorre invece studiare che cosa accade quando si crede che tra due fatti o eventi sussista una correlazione causale. Anche quest’ultima è fatta oggetto di una formalizzazione logica rigorosa (e diversificata, infatti Spohn riconosce vari tipi di causa). Una causa “innalza lo status epistemico” dell’effetto: vale a dire, quest’ultimo è creduto con rank maggiore (ossia minore, se ci si concentra sulla non-credenza) se condizionalizzato sulla causa. Nello stesso capitolo espongo la teoria della causalità di Gärdenfors, che però è meno articolata e minata da alcuni errori. Il QUARTO CAPITOLO è tutto dedicato a David Lewis e alla sua teoria controfattuale della causalità, che è il maggiore avversario tanto di Spohn quanto di Gärdenfors. Secondo Lewis la migliore definizione di causa può essere data in termini controfattuali: la causa è un evento tale che, se non fosse accaduto, nemmeno l’effetto sarebbe accaduto. Naturalmente questo lo obbliga a specificare una teoria delle condizioni di verità di tale classe di enunciati che, andando contro i fatti per definizione, non possono essere paragonati alla realtà. Lewis ricorre allora alla dottrina dei mondi possibili e della loro somiglianza comparativa, concludendo che un controfattuale è vero se il mondo possibile in cui il suo antecedente e il suo conseguente sono veri è più simile al mondo attuale del controfattuale in cui il suo antecedente è vero e il conseguente è falso. Il QUINTO CAPITOLO mette a confronto la teoria di Lewis con quelle di Spohn e Gärdenfors. Quest’ultimo riduce i controfattuali a un fenomeno linguistico che segnala il processo epistemico di contrazione, trattato nel primo capitolo, rifiutando così completamente la dottrina dei mondi possibili. Spohn non affronta direttamente i controfattuali (in quanto a suo dire sovraccarichi di sottigliezze linguistiche di cui non vuole occuparsi – ha solo un abbozzo di teoria dei condizionali) ma dimostra che la sua teoria è superiore a quella di Lewis perché riesce a rendere conto, con estrema esattezza, di casi problematici di causalità che sfuggono alla formulazione controfattuale. Si tratta di quei casi in cui sono in gioco, rafforzandosi a vicenda o “concorrendo” allo stesso effetto, più fattori causali (casi noti nella letteratura come preemption, trumping etc.). Spohn riesce a renderne conto proprio perché ha a disposizione i rank numerici, che consentono un’analisi secondo cui a ciascun fattore causale è assegnato un preciso ruolo quantitativamente espresso, mentre la dottrina controfattuale è incapace di operare simili distinzioni (un controfattuale infatti è vero o falso, senza gradazioni). Il SESTO CAPITOLO si concentra sui modelli di spiegazione scientifica di Hempel e Salmon, e sulla nozione di causalità sviluppata da quest’ultimo, mettendo in luce soprattutto il ruolo (problematico) delle leggi di natura e degli enunciati controfattuali (a questo proposito sono prese in considerazione anche le famose critiche di Goodman e Chisholm). Proprio dalla riflessione su questi modelli infatti è scaturita la teoria di Gärdenfors, e tanto la dottrina del filosofo svedese quanto quella di Spohn possono essere viste come finalizzate a rendere conto della spiegazione scientifica confrontandosi con questi modelli meno recenti. Il SETTIMO CAPITOLO si concentra sull’analisi che la logica epistemica fornisce delle leggi di natura, che nel capitolo precedente sono ovviamente emerse come elemento fondamentale della spiegazione scientifica. Secondo Spohn le leggi sono innanzitutto proposizioni generali affermative, che sono credute in modo speciale. In primo luogo sono credute persistentemente, vale a dire, non sono mai messe in dubbio (tanto che se si incappa in una loro contro-istanza si va alla ricerca di una violazione della normalità che la giustifichi). In secondo luogo, guidano e fondano la credenza in altre credenze specifiche, che sono su di esse condizionalizzate (si riprendono, con nuovo rigore logico, le vecchie idee di Wittgenstein e di Ramsey e il concetto di legge come inference ticket). In terzo luogo sono generalizzazioni ricavate induttivamente: sono oggettivazioni di schemi induttivi. Questo capitolo si sofferma anche sulla teoria di legge offerta da Gärdenfors (analoga ma embrionale) e sull’analisi che Spohn fornisce della nozione di clausola ceteris paribus. L’OTTAVO CAPITOLO termina l’analisi cominciata con il sesto, considerando finalmente il modello epistemico della spiegazione scientifica. Si comincia dal modello di Gärdenfors, che si mostra essere minato da alcuni errori o comunque caratterizzato in modo non sufficientemente chiaro (soprattutto perché non fa ricorso, stranamente, al concetto di legge). Segue il modello di Spohn; secondo Spohn le spiegazioni scientifiche sono caratterizzate dal fatto che forniscono (o sono finalizzate a fornire) ragioni stabili, vale a dire, riconducono determinati fenomeni alle loro cause e tali cause sono credute in modo persistente. Con una dimostrazione logica molto dettagliata e di acutezza sorprendente Spohn argomenta che simili ragioni, nel lungo periodo, devono essere incontrate. La sua quindi non è solo una teoria della spiegazione scientifica che elabori un modello epistemico di che cosa succede quando un fenomeno è spiegato, ma anche una teoria dello sviluppo della scienza in generale, che incoraggia a perseguire la ricerca delle cause come necessariamente coronata da successo. Le OSSERVAZIONI CONCLUSIVE fanno il punto sulle teorie esposte e sul loro raffronto. E’ riconosciuta la superiorità della teoria di Spohn, di cui si mostra anche che raccoglie in pieno l’eredità costruttiva di Hume, al quale gli avversari si rifanno costantemente ma in modo frammentario. Si analizzano poi gli elementi delle teorie di Hempel e Salmon che hanno precorso l’impostazione epistemica. La teoria di Spohn non è esente però da alcuni punti ancora problematici. Innanzitutto, il ruolo della verità; in un primo tempo Spohn sembra rinunciare, come fa esplicitamente il suo predecessore, a trattare la verità, salvo poi invocarla quando si pone il grave problema dell’oggettivazione delle ranking functions (il problema si presenta poiché di esse inizialmente si dice che sono regole soggettive di giudizio e poi si identificano in parte con le leggi di natura). C’è poi la dottrina dei gradi di credenza che Spohn dice presentarsi “unitamente alle proposizioni” e che costituisce un inutile distacco dal realismo psicologico (critica consueta alla teoria): basterebbe osservare che i gradi di credenza sono ricavati o per condizionalizzazione automatica sulla base del tipo di fonte da cui una proposizione proviene, o per paragone immaginario con altre fonti (la maggiore o minore credenza infatti è un concetto relazionale: si crede di più o di meno “sulla base di…” o “rispetto a…”). Anche la trattazione delle leggi di natura è problematica; Spohn sostiene che sono ranking functions: a mio avviso invece esse concorrono a regole di giudizio, che prescrivono di impiegare le leggi stesse per valutare proposizioni o aspettative. Una legge di natura è un ingranaggio, per così dire, di una valutazione di certezza ma non si identifica totalmente con una legge di giudizio. I tre criteri che Spohn individua per distinguere le leggi poi non sono rispettati da tutte e sole le leggi stesse: la generalizzazione induttiva può anche dare adito a pregiudizi, e non di tutte le leggi si sono viste, individualmente, istanze ripetute tanto da giustificarle induttivamente. Infine, un episodio reale di storia della scienza come la scoperta della sintesi dell’urea da parte di F. Wöhler (1828 – ottenendo carbammide, organico, da due sostanze inorganiche, dimostra che non è vera la legge di natura fini a quel momento presunta tale secondo cui “sostanze organiche non possono essere ricavate da sostanze inorganiche”) è indice che le leggi di natura non sono sempre credute in modo persistente, cosicché per comprendere il momento della scoperta è pur sempre necessario rifarsi a una teoria di tipo popperiano, rispetto alla quale Spohn presenta invece la propria in assoluta antitesi.

Context detection and abstraction in smart environments

Context-aware computing is currently considered the most promising approach to overcome information overload and to speed up access to relevant information and services. Context-awareness may be derived from many sources, including user profile and preferences, network information, sensor analysis; usually context-awareness relies on the ability of computing devices to interact with the physical world, i.e. with the natural and artificial objects hosted within the "environment”. Ideally, context-aware applications should not be intrusive and should be able to react according to user’s context, with minimum user effort. Context is an application dependent multidimensional space and the location is an important part of it since the very beginning. Location can be used to guide applications, in providing information or functions that are most appropriate for a specific position. Hence location systems play a crucial role. There are several technologies and systems for computing location to a vary degree of accuracy and tailored for specific space model, i.e. indoors or outdoors, structured spaces or unstructured spaces. The research challenge faced by this thesis is related to pedestrian positioning in heterogeneous environments. Particularly, the focus will be on pedestrian identification, localization, orientation and activity recognition. This research was mainly carried out within the “mobile and ambient systems” workgroup of EPOCH, a 6FP NoE on the application of ICT to Cultural Heritage. Therefore applications in Cultural Heritage sites were the main target of the context-aware services discussed. Cultural Heritage sites are considered significant test-beds in Context-aware computing for many reasons. For example building a smart environment in museums or in protected sites is a challenging task, because localization and tracking are usually based on technologies that are difficult to hide or harmonize within the environment. Therefore it is expected that the experience made with this research may be useful also in domains other than Cultural Heritage. This work presents three different approaches to the pedestrian identification, positioning and tracking: Pedestrian navigation by means of a wearable inertial sensing platform assisted by the vision based tracking system for initial settings an real-time calibration; Pedestrian navigation by means of a wearable inertial sensing platform augmented with GPS measurements; Pedestrian identification and tracking, combining the vision based tracking system with WiFi localization. The proposed localization systems have been mainly used to enhance Cultural Heritage applications in providing information and services depending on the user’s actual context, in particular depending on the user’s location.

Methodologies for visual correspondence

Visual correspondence is a key computer vision task that aims at identifying projections of the same 3D point into images taken either from different viewpoints or at different time instances. This task has been the subject of intense research activities in the last years in scenarios such as object recognition, motion detection, stereo vision, pattern matching, image registration. The approaches proposed in literature typically aim at improving the state of the art by increasing the reliability, the accuracy or the computational efficiency of visual correspondence algorithms. The research work carried out during the Ph.D. course and presented in this dissertation deals with three specific visual correspondence problems: fast pattern matching, stereo correspondence and robust image matching. The dissertation presents original contributions to the theory of visual correspondence, as well as applications dealing with 3D reconstruction and multi-view video surveillance.

Architectures for Context Aware Services in Smart Environments

This thesis deals with Context Aware Services, Smart Environments, Context Management and solutions for Devices and Service Interoperability. Multi-vendor devices offer an increasing number of services and end-user applications that base their value on the ability to exploit the information originating from the surrounding environment by means of an increasing number of embedded sensors, e.g. GPS, compass, RFID readers, cameras and so on. However, usually such devices are not able to exchange information because of the lack of a shared data storage and common information exchange methods. A large number of standards and domain specific building blocks are available and are heavily used in today's products. However, the use of these solutions based on ready-to-use modules is not without problems. The integration and cooperation of different kinds of modules can be daunting because of growing complexity and dependency. In this scenarios it might be interesting to have an infrastructure that makes the coexistence of multi-vendor devices easy, while enabling low cost development and smooth access to services. This sort of technologies glue should reduce both software and hardware integration costs by removing the trouble of interoperability. The result should also lead to faster and simplified design, development and, deployment of cross-domain applications. This thesis is mainly focused on SW architectures supporting context aware service providers especially on the following subjects: - user preferences service adaptation - context management - content management - information interoperability - multivendor device interoperability - communication and connectivity interoperability Experimental activities were carried out in several domains including Cultural Heritage, indoor and personal smart spaces – all of which are considered significant test-beds in Context Aware Computing. The work evolved within european and national projects: on the europen side, I carried out my research activity within EPOCH, the FP6 Network of Excellence on “Processing Open Cultural Heritage” and within SOFIA, a project of the ARTEMIS JU on embedded systems. I worked in cooperation with several international establishments, including the University of Kent, VTT (the Technical Reserarch Center of Finland) and Eurotech. On the national side I contributed to a one-to-one research contract between ARCES and Telecom Italia. The first part of the thesis is focused on problem statement and related work and addresses interoperability issues and related architecture components. The second part is focused on specific architectures and frameworks: - MobiComp: a context management framework that I used in cultural heritage applications - CAB: a context, preference and profile based application broker which I designed within EPOCH Network of Excellence - M3: "Semantic Web based" information sharing infrastructure for smart spaces designed by Nokia within the European project SOFIA - NoTa: a service and transport independent connectivity framework - OSGi: the well known Java based service support framework The final section is dedicated to the middleware, the tools and, the SW agents developed during my Doctorate time to support context-aware services in smart environments.

Smart Sensors For Interoperable Smart Environment

Smart Environments are currently considered a key factor to connect the physical world with the information world. A Smart Environment can be defined as the combination of a physical environment, an infrastructure for data management (called Smart Space), a collection of embedded systems gathering heterogeneous data from the environment and a connectivity solution to convey these data to the Smart Space. With this vision, any application which takes advantages from the environment could be devised, without the need to directly access to it, since all information are stored in the Smart Space in a interoperable format. Moreover, according to this vision, for each entity populating the physical environment, i.e. users, objects, devices, environments, the following questions can be arise: “Who?”, i.e. which are the entities that should be identified? “Where?” i.e. where are such entities located in physical space? and “What?” i.e. which attributes and properties of the entities should be stored in the Smart Space in machine understandable format, in the sense that its meaning has to be explicitly defined and all the data should be linked together in order to be automatically retrieved by interoperable applications. Starting from this the location detection is a necessary step in the creation of Smart Environments. If the addressed entity is a user and the environment a generic environment, a meaningful way to assign the position, is through a Pedestrian Tracking System. In this work two solution for these type of system are proposed and compared. One of the two solution has been studied and developed in all its aspects during the doctoral period. The work also investigates the problem to create and manage the Smart Environment. The proposed solution is to create, by means of natural interactions, links between objects and between objects and their environment, through the use of specific devices, i.e. Smart Objects

On-line adaptive visual tracking

Visual tracking is the problem of estimating some variables related to a target given a video sequence depicting the target. Visual tracking is key to the automation of many tasks, such as visual surveillance, robot or vehicle autonomous navigation, automatic video indexing in multimedia databases. Despite many years of research, long term tracking in real world scenarios for generic targets is still unaccomplished. The main contribution of this thesis is the definition of effective algorithms that can foster a general solution to visual tracking by letting the tracker adapt to mutating working conditions. In particular, we propose to adapt two crucial components of visual trackers: the transition model and the appearance model. The less general but widespread case of tracking from a static camera is also considered and a novel change detection algorithm robust to sudden illumination changes is proposed. Based on this, a principled adaptive framework to model the interaction between Bayesian change detection and recursive Bayesian trackers is introduced. Finally, the problem of automatic tracker initialization is considered. In particular, a novel solution for categorization of 3D data is presented. The novel category recognition algorithm is based on a novel 3D descriptors that is shown to achieve state of the art performances in several applications of surface matching.

Semantic Service Architectures for Smart Environments

Many industries and academic institutions share the vision that an appropriate use of information originated from the environment may add value to services in multiple domains and may help humans in dealing with the growing information overload which often seems to jeopardize our life. It is also clear that information sharing and mutual understanding between software agents may impact complex processes where many actors (humans and machines) are involved, leading to relevant socioeconomic benefits. Starting from these two input, architectural and technological solutions to enable “environment-related cooperative digital services” are here explored. The proposed analysis starts from the consideration that our environment is physical space and here diversity is a major value. On the other side diversity is detrimental to common technological solutions, and it is an obstacle to mutual understanding. An appropriate environment abstraction and a shared information model are needed to provide the required levels of interoperability in our heterogeneous habitat. This thesis reviews several approaches to support environment related applications and intends to demonstrate that smart-space-based, ontology-driven, information-sharing platforms may become a flexible and powerful solution to support interoperable services in virtually any domain and even in cross-domain scenarios. It also shows that semantic technologies can be fruitfully applied not only to represent application domain knowledge. For example semantic modeling of Human-Computer Interaction may support interaction interoperability and transformation of interaction primitives into actions, and the thesis shows how smart-space-based platforms driven by an interaction ontology may enable natural ad flexible ways of accessing resources and services, e.g, with gestures. An ontology for computational flow execution has also been built to represent abstract computation, with the goal of exploring new ways of scheduling computation flows with smart-space-based semantic platforms.

Stato sanitario di Spigole (Dicentrarchus Labrax) ed Orate (Sparus Aurata) allevate in Grecia e in Italia in relazione alla presenza di agenti di Zoonosi ed Ectoparassiti patogeni

Le attività di ricerca della presente tesi di dottorato si sono focalizzata principalmente sulla parassitofauna dei pesci marini allevati in Grecia ed in Italia con particolare attenzione allo studio degli ectoparassiti di maggior rilievo sanitario in maricoltura ed alla ricerca di endoparassiti di potenziale interesse zoonosico, in particolare larve di nematodi Anisakidae del genere Anisakis. Nel corso del triennio sono stati sottoposti ad esami parassitologici 916 spigole (Dicentrarchus labrax) e 462 orate (Sparus aurata) prelevate presso diverse tipologie di allevamenti greci ed italiani. Per quanto concerne le spigole, la presenza di ectoparassiti è stata riscontrata nel 29,2% e nel 61,9% dei soggetti provenienti rispettivamente da impianti siti in Grecia ed in Italia, mentre le orate hanno presentato percentuali di positività rispettivamente del 87,5% e del 26,7%. Gli ectoparassiti dominanti sono risultati essere il monogeneo Diplectanum aequans nelle spigole ed il ciliato Cryptocaryon irritans e il monogeneo Furnestinia echeneis nelle orate, sebbene sia stato possibile studiare anche il coinvolgimento di altri ectoparassiti, quali il monogeneo Sparicotyle chrysophrii ed il dinoflagellato Amyloodinium ocellatum, nel determinismo di alcuni episodi morbosi. Le osservazioni istopatologiche hanno permesso di caratterizzare le lesioni causate dagli ectoparassiti a diverse intensità d’infestazione. Per quanto concerne la ricerca di parassiti zoonosici, con particolare riferimento agli stadi larvali di nematodi Anisakidae del genere Anisakis, si sono condotti esami parassitologici a livello di cavità viscerale e di muscolo laterale in tutti i soggetti provenienti da allevamenti in gabbia (626 soggetti, di cui 441 spigole e 185 orate). Tutti i soggetti esaminati sono risultati negativi, indicando come il rischio di infestazione da larve di nematodi anisakidi possa essere considerato trascurabile in spigole ed orate allevate in gabbia, come già dimostrato per il salmone atlantico (EFSA, 2010).

Microbiome and resitome and foods of animal origin

To ensure food safety and to prevent food-borne illnesses, rapid and accurate detection of pathogenic agents is essential. It has already been demonstrated that shotgun metagenomic sequencing can be used to detect pathogens and their antibiotic resistance genes in food. In the studies presented in this thesis, the application shotgun metagenomic sequencing has been applied to investigate both the microbiome and resistome of foods of animal origin in order to assess advantages and disadvantages of shotgun metagenomic sequencing in comparison to the cultural methods. In the first study, it has been shown that shotgun metagenomics can be applied to detect microorganisms experimentally spiked in cold-smoked salmon. Nevertheless, a direct correlation between cell concentration of each spiked microorganism and number of corresponding reads cannot be established yet. In the second and third studies, the microbiomes and resistomes characterizing caeca and the corresponding carcasses of the birds reared in the conventional and antibiotic free farms were compared. The results highlighted the need to reduce sources of microbial contamination and antimicrobial resistance not only at the farm level but also at the post-harvest one. In the fourth study, it has been demonstrated that testing a single aliquot of a food homogenate is representative of the whole homogenate because biological replicates displayed overlapping taxonomic and functional composition. All in all, the results obtained confirmed that the application of shotgun metagenomic sequencing represents a powerful tool that can be used in the identification of both spoilage and pathogenic microorganism, and their resistome in foods of animal origin. However, a robust relationship between sequence read abundance and concentration of colony-forming unit must be still established.