La piattaforma BTSSOC-Cellulat per la simulazione di sistemi biochimici

Il lavoro svolto in questa tesi verte sullo sviluppo e l'integrazione del modello teorico conosciuto come Biochemical Tuple Spaces for Self-Organizing Coordination, in breve BTSSOC, in una piattaforma completa, chiamata BTSSOC-Cellulat, per la simulazione di sistemi biochimici, sviluppata utilizzando i linguaggi Java, Prolog, TuCSoN e ReSpecT.

Estensione dell'interfaccia grafica in tuprolog per Android

L’obiettivo di questa tesi è quello di estendere l’interfaccia grafica di tuProlog nella versione per Android, il più diffuso sistema operativo per tablet e smartphone. TuProlog è un’ interprete Prolog interamente scritto in java, leggero e open–source. L’applicazione è disponibile sotto forma di archivio JAR eseguibile e può essere utilizzato tramite un’interfaccia a riga di comando, nella versione Java, o per mezzo di interfacce grafiche negli ambienti Java, .NET e Android. La versione per Android supporta pienamente Java e la maggior parte delle librerie dell’applicativo per JVM. Lo sviluppo di applicazioni per dispositivi mobile, però, limita lo sviluppatore in termini di complessità delle elaborazioni effettuabili dal programma e comprensibilità dell’interfaccia grafica; per questi e altri motivi, la struttura dell’applicativo in versione Android, fatta eccezione per il core Prolog, è diversa dalle versioni per altri ambienti. L’applicazione, giunta ora alla versione 2.7.2, manca della possibilità di input da console in tutte le versioni ad interfaccia grafica. Scopo di questa tesi è quindi integrare tale funzionalità, inserendola all’interno del contesto applicativo senza modificare il normale flusso delle operazioni, intervenendo in modo mirato, il meno invasivo possibile e garantendo l’espandibilità della modifica ad estensioni future.

Risoluzione di semplici problemi aritmetici espressi in linguaggio naturale con tecniche di Intelligenza Artificiale

Nell'ambito dell'Intelligenza Artificiale uno dei problemi aperti e piu difficile da risolvere e la comprensione del linguaggio naturale. La complessita sintattica e la conoscenza che bisogna avere per comprendere riferimenti, relazioni e concetti impliciti rendono questo problema molto interessante e la sua risoluzione di grande importanza per lo sviluppo di applicazioni che possano interagire in modo diretto con le persone. Questo lavoro di tesi non pretende di studiare e trovare una soluzione completa al suddetto problema, ma si prefigge come obiettivo quello di comprendere e risolvere problemi matematici di tipo logico ed aritmetico scritti in lingua inglese. La difficolta del lavoro si riduce in quanto non si devono considerare gli infiniti ambiti conoscitivi e puo concentrarsi su un'unica interpretazione del testo: quella matematica. Nonostante questa semplificazione il problema da affrontare rimane di grande difficolta poiche e comunque necessario confrontarsi con la complessita del linguaggio naturale. Esempi di problemi matematici che si intende risolvere si possono trovare presso il sito web dell'Universita della Bocconi nella sezione dei Giochi Matematici. Questi problemi richiedono la conoscenza di concetti di logica, insiemistica e di algebra lineare per essere risolti. Il modello matematico che descrive questi problemi non e complesso ed una volta dedotto correttamente e di facile risoluzione tramite un risolutore automatico. La difficolta consiste nel comprendere correttamente il testo ed estrapolarne il giusto modello. Il lavoro che si andra ad esporre nel seguito parte dall'analisi del testo ed arriva fino alla risoluzione del quesito matematico. Si parte quindi da un'analisi del testo con scopo generale seguita da un'analisi semantica volta alla costruzione del modello matematico che andra poi risolto da un risolutore automatico che ne restituira il risultato finale.

Progetto e sviluppo di una libreria tuProlog per l’interfacciamento di sensori in contesti di pervasive computing

Il termine pervasive computing incarna l’idea di andare oltre il paradigma dei personal computers: è l’idea che qualsiasi device possa essere tecnologizzato ed interconnesso con un network distribuito, costituendo un nuovo modello di interazione uomo-macchina. All’interno di questo paradigma gioca un ruolo fondamentale il concetto di context-awareness, che fa riferimento all’idea che i computer possano raccogliere dati dall’ambiente circostante e reagire in maniera intelligente e proattiva basandosi su di essi. Un sistema siffatto necessita da un lato di una infrastruttura per la raccolta dei dati dall’ambiente, dall'altro di un supporto per la componente intelligente e reattiva. In tale scenario, questa tesi ha l'obiettivo di progettare e realizzare una libreria per l'interfacciamento di un sistema distribuito di sensori Java-based con l’interprete tuProlog, un sistema Prolog leggero e configurabile, scritto anch'esso in Java ma disponibile per una pluralità di piattaforme, in modo da porre le basi per la costruzione di sistemi context-aware in questo ambiente.

Tecniche di pianificazione automatica in giochi con regole dinamiche: sviluppo di un agente intelligente per la Keke Competition.

L'intelligenza artificiale (IA) trova nei giochi un campo di applicazione molto vasto, nel quale poter sperimentare svariate tecniche e proporre nuove stimolanti sfide che spingano i partecipanti ad esplorare nuovi orizzonti nell'ambito delle applicazioni di IA. La Keke AI Competition rappresenta una di queste sfide, introducendo una gara tra agenti intelligenti per il gioco Baba is You, puzzle game in cui i giocatori possono creare regole che influenzano le meccaniche del gioco in maniera temporanea o permanente. La natura di queste regole dinamiche crea una sfida per l'intelligenza artificiale, che deve adattarsi ad una varietà di combinazioni di meccaniche per risolvere un livello. Questo progetto di tesi si propone di realizzare un agente intelligente che possa idealmente partecipare alla competizione sfruttando tecniche di pianificazione automatica. In particolare, l'agente progettato si basa sull'algoritmo di pianificazione graphplan che opera a diversi livelli di astrazione posti in gerarchia tra loro ed è stato realizzato completamente in Prolog. Questo progetto mostra quindi come le tecniche di pianificazione automatica siano un valido strumento per risolvere alcune tipologie di giochi innovativi complessi nell'ambito dell'IA.

Extending the 2P-Kt ecosystem: CLP and Labelled LP

The ability to create hybrid systems that blend different paradigms has now become a requirement for complex AI systems usually made of more than a component. In this way, it is possible to exploit the advantages of each paradigm and exploit the potential of different approaches such as symbolic and non-symbolic approaches. In particular, symbolic approaches are often exploited for their efficiency, effectiveness and ability to manage large amounts of data, while symbolic approaches are exploited to ensure aspects related to explainability, fairness, and trustworthiness in general. The thesis lies in this context, in particular in the design and development of symbolic technologies that can be easily integrated and interoperable with other AI technologies. 2P-Kt is a symbolic ecosystem developed for this purpose, it provides a logic-programming (LP) engine which can be easily extended and customized to deal with specific needs. The aim of this thesis is to extend 2P-Kt to support constraint logic programming (CLP) as one of the main paradigms for solving highly combinatorial problems given a declarative problem description and a general constraint-propagation engine. A real case study concerning school timetabling is described to show a practical usage of the CLP(FD) library implemented. Since CLP represents only a particular scenario for extending LP to domain-specific scenarios, in this thesis we present also a more general framework: Labelled Prolog, extending LP with labelled terms and in particular labelled variables. The designed framework shows how it is possible to frame all variations and extensions of LP under a single language reducing the huge amount of existing languages and libraries and focusing more on how to manage different domain needs using labels which can be associated with every kind of term. Mapping of CLP into Labeled Prolog is also discussed as well as the benefits of the provided approach.