Hierarchical Multi-Label Text Classification in a Low-Resource Setting

In this thesis we address a multi-label hierarchical text classification problem in a low-resource setting and explore different approaches to identify the best one for our case. The goal is to train a model that classifies English school exercises according to a hierarchical taxonomy with few labeled data. The experiments made in this work employ different machine learning models and text representation techniques: CatBoost with tf-idf features, classifiers based on pre-trained models (mBERT, LASER), and SetFit, a framework for few-shot text classification. SetFit proved to be the most promising approach, achieving better performance when during training only a few labeled examples per class are available. However, this thesis does not consider all the hierarchical taxonomy, but only the first two levels: to address classification with the classes at the third level further experiments should be carried out, exploring methods for zero-shot text classification, data augmentation, and strategies to exploit the hierarchical structure of the taxonomy during training.

Characterization of microplastics ingested by marine benthos - a methodological and field-experimental study

Microplastics have become ubiquitous pollutants in the marine environment. Ingestion of microplastics by a wide range of marine organisms has been recorded both in laboratory and field studies. Despite growing concern for microplastics, few studies have evaluated their concentrations and distribution in wild populations. Further, there is a need to identify cost-effective standardized methodologies for microplastics extraction and analysis in organisms. In this thesis I present: (i) the results of a multi-scale field sampling to quantify and characterize microplastics occurrence and distribution in 4 benthic marine invertebrates from saltmarshes along the North Adriatic Italian coastal lagoons; (ii) a comparison of the effects and cost-effectiveness of two extraction protocols for microplastics isolation on microfibers and on wild collected organisms; (iii) the development of a novel field- based technique to quantify and characterize the microplastic uptake rates of wild and farmed populations of mussels (Mytilus galloprovincialis) through the analysis of their biodeposits. I found very low and patchy amounts of microplastics in the gastrointestinal tracts of sampled organisms. The omnivorous crab Carcinus aestuarii was the species with the highest amounts of microplastics, but there was a notable variation among individuals. There were no substantial differences between enzymatic and alkaline extraction methods. However, the alkaline extraction was quicker and cheaper. Biodeposit traps proved to be an effective method to estimate mussel ingestion rates. However their performance differed significantly among sites, suggesting that the method, as currently designed, is sensible to local environmental conditions. There were no differences in the ingestion rates of microplastics between farmed and wild mussels. The estimates of microplastic ingestion and the validated procedures for their extraction provide a strong basis for future work on microplastic pollution.

Design for uncertainty of aerospace structures

The aim of this work is to present a general overview of state-of-the-art related to design for uncertainty with a focus on aerospace structures. In particular, a simulation on a FCCZ lattice cell and on the profile shape of a nozzle will be performed. Optimization under uncertainty is characterized by the need to make decisions without complete knowledge of the problem data. When dealing with a complex problem, non-linearity, or optimization, two main issues are raised: the uncertainty of the feasibility of the solution and the uncertainty of the objective value of the function. In the first part, the Design Of Experiments (DOE) methodologies, Uncertainty Quantification (UQ), and then Uncertainty optimization will be deepened. The second part will show an application of the previous theories on through a commercial software. Nowadays multiobjective optimization on high non-linear problem can be a powerful tool to approach new concept solutions or to develop cutting-edge design. In this thesis an effective improvement have been reached on a rocket nozzle. Future work could include the introduction of multi scale modelling, multiphysics approach and every strategy useful to simulate as much possible real operative condition of the studied design.

Il framework phonegap: sviluppo app multi-piattaforma

Questo elaborato descrive in modo approfondito la natura e lo sviluppo di applicazioni mediante PhoneGap. Lo sviluppo web e lo sviluppo nativo oltre a una breve introduzione ad altri interessanti tools di sviluppo cross-platform

Tecnologie e framework per la programmazione multi-agente

Negli ultimi anni le tecnologie informatiche sono state al centro di uno sviluppo esponenziale. Fra le incalcolabili innovazioni presentate, ha preso sempre più campo il paradigma per la programmazione ad agenti, che permette la realizzazione di sistemi software complessi, i quali, nell'informatica moderna, ricoprono un ruolo di fondamentale importanza. Questi sistemi, denominati autonomi, mostrano caratteristiche interessanti per scenari dinamici; essi infatti devono essere robusti e resistenti, in grado di adattarsi al contesto ambientale e quindi reagire a determinate modifiche che si verificano nell'ambiente, comportandosi di conseguenza. Indicano perciò la pro-attività dell'entità presa in considerazione. In questa tesi saranno spiegate queste tipologie di sistemi, introdotte le loro caratteristiche e mostrate le loro potenzialità. Tali caratteristiche permettono di responsabilizzare i soggetti, rendendo il sistema auto-organizzato, con una migliore scalabilità e modularità, riducendo quindi le elevate esigenze di calcolo. L'organizzazione di questo documento prevede i primi capitoli atti a introdurre il mondo dei sistemi autonomi, partendo dalle definizioni di autonomia e di agenti software, concludendo con i sistemi multi-agenti, allo scopo di permettere al lettore una comprensione adatta ed esaustiva. I successivi capitoli riguardano le fasi di progettazione delle entità prese in esame, le loro forme di standardizzazione e i modelli che possono adottare, tra i quali il più conosciuto, il modello BDI. Ne seguono due diverse metodologie per l'ingegneria del software orientata agli agenti. Si conclude con la presentazione dello stato dell'arte degli ambienti di sviluppo conosciuti, contenente un'esauriente introduzione ad ognuno di essi ed una visione nel mondo del lavoro del loro apporto negli applicativi in commercio. Infine la tesi terminerà con un capitolo di conclusioni e di riflessioni sui possibili aspetti futuri.

Influence of cladding on robustness of multi-storey buildings

In this dissertation the influence of a precast concrete cladding system on structural robustness of a multi-storey steel-composite building is studied. The analysis follows the well-established framework developed at Imperial College London for the appraisal of robustness of multi-storey buildings. For this scope a simplified nonlinear model of a typical precast concrete façade-system is developed. Particular attention is given to the connection system between structural frame and panel, recognised as the driving component of the nonlinear behaviour of the façade-system. Only connections involved in the gravity load path are evaluated (bearing connections). Together with standard connection, a newly proposed system (Slotted Bearing Connection) is designed to achieve a more ductile behaviour of the panel-connection system. A parametric study involving the dimensions of panel-connection components is developed to search for an optimal configuration of the bearing connection. From the appraisal of structural robustness of the panelised frame it is found that the standard connection systems may reduce the robustness of a multi-storey frame due to a poor ductile behaviour while the newly proposed connection is able to guarantee an enhanced response to the panelised multi-storey frame thanks to a higher ductility.

Sviluppo di applicazioni mobile platform-independent: Un caso di studio basato sul framework sencha

Negli ultimi anni si è imposto il concetto di Ubiquitous Computing, ovvero la possibilità di accedere al web e di usare applicazioni per divertimento o lavoro in qualsiasi momento e in qualsiasi luogo. Questo fenomeno sta cambiando notevolmente le abitudini delle persone e ciò è testimoniato anche dal fatto che il mercato mobile è in forte ascesa: da fine 2014 sono 45 milioni gli smartphone e 12 milioni i tablet in circolazione in Italia. Sembra quasi impossibile, dunque, rinunciare al mobile, soprattutto per le aziende: il nuovo modo di comunicare ha reso necessaria l’introduzione del Mobile Marketing e per raggiungere i propri clienti ora uno degli strumenti più efficaci e diretti sono le applicazioni. Esse si definiscono native se si pongono come traguardo un determinato smartphone e possono funzionare solo per quel sistema operativo. Infatti un’app costruita, per esempio, per Android non può funzionare su dispositivi Apple o Windows Phone a meno che non si ricorra al processo di porting. Ultimamente però è richiesto un numero sempre maggiore di app per piattaforma e i dispositivi presenti attualmente sul mercato presentano differenze tra le CPU, le interfacce (Application Programming Interface), i sistemi operativi, l’hardware, etc. Nasce quindi la necessità di creare applicazioni che possano funzionare su più sistemi operativi, ovvero le applicazioni platform-independent. Per facilitare e supportare questo genere di lavoro sono stati definiti nuovi ambienti di sviluppo tra i quali Sencha Touch e Apache Cordova. Il risultato finale dello sviluppo di un’app attraverso questi framework è proprio quello di ottenere un oggetto che possa essere eseguito su qualsiasi dispositivo. Naturalmente la resa non sarà la stessa di un’app nativa, la quale ha libero accesso a tutte le funzionalità del dispositivo (rubrica, messaggi, notifiche, geolocalizzazione, fotocamera, accelerometro, etc.), però con questa nuova app vi è la garanzia di un costo di sviluppo minore e di una richiesta considerevole sul mercato. L’obiettivo della tesi è quello di analizzare questo scenario attraverso un caso di studio proveniente da una realtà aziendale che presenta proprio la necessità di sviluppare un’applicazione per più piattaforme. Nella prima parte della tesi viene affrontata la tematica del mobile computing e quella del dualismo tra la programmazione nativa e le web app: verranno analizzate le caratteristiche delle due diverse tipologie cercando di capire quale delle due risulti essere la migliore. Nella seconda parte sarà data luce a uno dei più importanti framework per la costruzione di app multi-piattaforma: Sencha Touch. Ne verranno analizzate le caratteristiche, soffermandosi in particolare sul pattern MVC e si potrà vedere un confronto con altri framework. Nella terza parte si tratterà il caso di studio, un app mobile per Retail basata su Sencha Touch e Apache Cordova. Nella parte finale si troveranno alcune riflessioni e conclusioni sul mobile platform-independent e sui vantaggi e gli svantaggi dell’utilizzo di JavaScript per sviluppare app.

Programmazione di sistemi multi-agente: la piattaforma Jason come caso di studio

L’obiettivo principale di questo elaborato è di mostrare in un primo momento i concetti fondamentali che stanno alla base del paradigma ad agenti. Una volta introdotti, essi verranno collocati in un determinato ambiente di programmazione attraverso una piattaforma specifica chiamata Jason. Come sarà facile capire dalla lettura di questa trattazione, un sistema ad agenti è costituito dagli agenti stessi e dall’ambiente in cui sono situati. L’ambiente risulta quindi un altro tassello fondamentale ed è stato introdotto allo scopo un nuovo paradigma per la programmazione di ambienti chiamato Agent & Artifact. Nello specifico, verrà ampiamente descritto il framework di riferimento di tale paradigma: CArtAgO. Dopo aver illustrato i concetti e gli strumenti per poter agilmente programmare e progettare sistemi ad agenti, verrà infine mostrato un esempio di applicazione di tale tecnologia attraverso un case study. Il progetto del sistema in questione riguarda un reale caso aziendale e integra la tecnologia RFID con quella ad agenti per fornire la soluzione ad un problema noto come quello del controllo periodico delle scorte.

Deep learning for computer vision: a comparison between convolutional neural networks and hierarchical temporal memories on object recognition tasks

In recent years, Deep Learning techniques have shown to perform well on a large variety of problems both in Computer Vision and Natural Language Processing, reaching and often surpassing the state of the art on many tasks. The rise of deep learning is also revolutionizing the entire field of Machine Learning and Pattern Recognition pushing forward the concepts of automatic feature extraction and unsupervised learning in general. However, despite the strong success both in science and business, deep learning has its own limitations. It is often questioned if such techniques are only some kind of brute-force statistical approaches and if they can only work in the context of High Performance Computing with tons of data. Another important question is whether they are really biologically inspired, as claimed in certain cases, and if they can scale well in terms of "intelligence". The dissertation is focused on trying to answer these key questions in the context of Computer Vision and, in particular, Object Recognition, a task that has been heavily revolutionized by recent advances in the field. Practically speaking, these answers are based on an exhaustive comparison between two, very different, deep learning techniques on the aforementioned task: Convolutional Neural Network (CNN) and Hierarchical Temporal memory (HTM). They stand for two different approaches and points of view within the big hat of deep learning and are the best choices to understand and point out strengths and weaknesses of each of them. CNN is considered one of the most classic and powerful supervised methods used today in machine learning and pattern recognition, especially in object recognition. CNNs are well received and accepted by the scientific community and are already deployed in large corporation like Google and Facebook for solving face recognition and image auto-tagging problems. HTM, on the other hand, is known as a new emerging paradigm and a new meanly-unsupervised method, that is more biologically inspired. It tries to gain more insights from the computational neuroscience community in order to incorporate concepts like time, context and attention during the learning process which are typical of the human brain. In the end, the thesis is supposed to prove that in certain cases, with a lower quantity of data, HTM can outperform CNN.

Actor Kit: Design and Development of an Actor Framework for Swift

Nell'ambito dello sviluppo software, la concorrenza è sempre stata vista come la strada del futuro. Tuttavia, questa è stata spesso ignorata a causa del continuo sviluppo dell'hardware che ha permesso agli sviluppatori di continuare a scrivere software sequenziale senza doversi preoccupare delle performance. In un'era in cui le nuove architetture hardware presentano processori multi-core, tutto questo non è più possibile. L'obiettivo di questa tesi è stato quello di considerare il Modello ad Attori come valida alternativa allo sviluppo di applicazioni in ambito mobile e quindi di progettare, sviluppare e distribuire un nuovo framework sulla base di tale modello. Il lavoro parte quindi da una panoramica di Swift, il nuovo linguaggio di programmazione presentato da Apple al WWDC 2014, in cui vengono analizzati nel dettaglio i meccanismi che abilitano alla concorrenza. Successivamente viene descritto il modello ad attori in termini di: attori, proprietà, comunicazione e sincronizzazione. Segue poi un'analisi delle principali implementazioni di questo modello, tra cui: Scala, Erlang ed Akka; quest'ultimo rappresenta la base su cui è stato ispirato il lavoro di progettazione e sviluppo del framework Actor Kit. Il quarto capitolo descrive tutti i concetti, le idee e i principi su cui il framework Actor Kit è stato progettato e sviluppato. Infine, l'ultimo capitolo presenta l'utilizzo del framework in due casi comuni della programmazione mobile: 1) Acquisizione dati da Web API e visualizzazione sull'interfaccia utente. 2) Acquisizione dati dai sensori del dispositivo. In conclusione Actor Kit abilita la progettazione e lo sviluppo di applicazioni secondo un approccio del tutto nuovo nell'ambito mobile. Un possibile sviluppo futuro potrebbe essere l'estensione del framework con attori che mappino i framework standard di Apple; proprio per questo sarà reso pubblico con la speranza che altri sviluppatori possano evolverlo e renderlo ancora più completo e performante.

Progettazione e sviluppo multi-platform di applicazioni mobile: un caso di studio in Xamarin

In questa tesi viene trattato l'argomento dello sviluppo multi-platform di applicazioni mobile. Viene effettuata una panoramica degli approcci possibili e dei relativi framework per lo sviluppo. Individuato l'approccio ritenuto piu interessante, viene affrontato un caso di studio per poter convalidare la tecnologia.