Preliminary study on bridge health prediction using Dynamic Objective Oriented Bayesian Network (DOOBN)

The availability of bridges is crucial to people’s daily life and national economy. Bridge health prediction plays an important role in bridge management because maintenance optimization is implemented based on prediction results of bridge deterioration. Conventional bridge deterioration models can be categorised into two groups, namely condition states models and structural reliability models. Optimal maintenance strategy should be carried out based on both condition states and structural reliability of a bridge. However, none of existing deterioration models considers both condition states and structural reliability. This study thus proposes a Dynamic Objective Oriented Bayesian Network (DOOBN) based method to overcome the limitations of the existing methods. This methodology has the ability to act upon as a flexible unifying tool, which can integrate a variety of approaches and information for better bridge deterioration prediction. Two demonstrative case studies are conducted to preliminarily justify the feasibility of the methodology

Bringing the MIMOSA OSA-EAI into an object-orientated world

Despite being poised as a standard for data exchange for operation and maintenance data, the database heritage of the MIMOSA OSA-EAI is clearly evident from using a relational model at its core. The XML schema (XSD) definitions, which are used for communication between asset management systems, are based on the MIMOSA common relational information schema (CRIS), a relational model, and consequently, many database concepts permeate the communications layer. The adoption of a relational model leads to several deficiencies, and overlooks advances in object-oriented approach for an upcoming version of the specification, and the common conceptual object model (CCOM) sees a transition to fully utilising object-oriented features for the standard. Unified modelling language (UML) is used as a medium for documentation as well as facilitating XSD code generation. This paper details some of the decisions faced in developing the CCOM and provides a glimpse into the future of asset management and data exchange models.

Specifying Reuse Interfaces for Task-Oriented Framework Specialization

Reuse of existing carefully designed and tested software improves the quality of new software systems and reduces their development costs. Object-oriented frameworks provide an established means for software reuse on the levels of both architectural design and concrete implementation. Unfortunately, due to frame-works complexity that typically results from their flexibility and overall abstract nature, there are severe problems in using frameworks. Patterns are generally accepted as a convenient way of documenting frameworks and their reuse interfaces. In this thesis it is argued, however, that mere static documentation is not enough to solve the problems related to framework usage. Instead, proper interactive assistance tools are needed in order to enable system-atic framework-based software production. This thesis shows how patterns that document a framework s reuse interface can be represented as dependency graphs, and how dynamic lists of programming tasks can be generated from those graphs to assist the process of using a framework to build an application. This approach to framework specialization combines the ideas of framework cookbooks and task-oriented user interfaces. Tasks provide assistance in (1) cre-ating new code that complies with the framework reuse interface specification, (2) assuring the consistency between existing code and the specification, and (3) adjusting existing code to meet the terms of the specification. Besides illustrating how task-orientation can be applied in the context of using frameworks, this thesis describes a systematic methodology for modeling any framework reuse interface in terms of software patterns based on dependency graphs. The methodology shows how framework-specific reuse interface specifi-cations can be derived from a library of existing reusable pattern hierarchies. Since the methodology focuses on reusing patterns, it also alleviates the recog-nized problem of framework reuse interface specification becoming complicated and unmanageable for frameworks of realistic size. The ideas and methods proposed in this thesis have been tested through imple-menting a framework specialization tool called JavaFrames. JavaFrames uses role-based patterns that specify a reuse interface of a framework to guide frame-work specialization in a task-oriented manner. This thesis reports the results of cases studies in which JavaFrames and the hierarchical framework reuse inter-face modeling methodology were applied to the Struts web application frame-work and the JHotDraw drawing editor framework.

Monitoring Indigenous Tropical Montane Forests in the Taita Hills Using Airborne Digital Camera Imagery

The loss and degradation of forest cover is currently a globally recognised problem. The fragmentation of forests is further affecting the biodiversity and well-being of the ecosystems also in Kenya. This study focuses on two indigenous tropical montane forests in the Taita Hills in southeastern Kenya. The study is a part of the TAITA-project within the Department of Geography in the University of Helsinki. The study forests, Ngangao and Chawia, are studied by remote sensing and GIS methods. The main data includes black and white aerial photography from 1955 and true colour digital camera data from 2004. This data is used to produce aerial mosaics from the study areas. The land cover of these study areas is studied by visual interpretation, pixel-based supervised classification and object-oriented supervised classification. The change of the forest cover is studied with GIS methods using the visual interpretations from 1955 and 2004. Furthermore, the present state of the study forests is assessed with leaf area index and canopy closure parameters retrieved from hemispherical photographs as well as with additional, previously collected forest health monitoring data. The canopy parameters are also compared with textural parameters from digital aerial mosaics. This study concludes that the classification of forest areas by using true colour data is not an easy task although the digital aerial mosaics are proved to be very accurate. The best classifications are still achieved with visual interpretation methods as the accuracies of the pixel-based and object-oriented supervised classification methods are not satisfying. According to the change detection of the land cover in the study areas, the area of indigenous woodland in both forests has decreased in 1955 2004. However in Ngangao, the overall woodland area has grown mainly because of plantations of exotic species. In general, the land cover of both study areas is more fragmented in 2004 than in 1955. Although the forest area has decreased, forests seem to have a more optimistic future than before. This is due to the increasing appreciation of the forest areas.

On pattern oriented software architecture for the grid

Precision, sophistication and economic factors in many areas of scientific research that demand very high magnitude of compute power is the order of the day. Thus advance research in the area of high performance computing is getting inevitable. The basic principle of sharing and collaborative work by geographically separated computers is known by several names such as metacomputing, scalable computing, cluster computing, internet computing and this has today metamorphosed into a new term known as grid computing. This paper gives an overview of grid computing and compares various grid architectures. We show the role that patterns can play in architecting complex systems, and provide a very pragmatic reference to a set of well-engineered patterns that the practicing developer can apply to crafting his or her own specific applications. We are not aware of pattern-oriented approach being applied to develop and deploy a grid. There are many grid frameworks that are built or are in the process of being functional. All these grids differ in some functionality or the other, though the basic principle over which the grids are built is the same. Despite this there are no standard requirements listed for building a grid. The grid being a very complex system, it is mandatory to have a standard Software Architecture Specification (SAS). We attempt to develop the same for use by any grid user or developer. Specifically, we analyze the grid using an object oriented approach and presenting the architecture using UML. This paper will propose the usage of patterns at all levels (analysis. design and architectural) of the grid development.

Photographic database development of Nigerian fisheries: a complementary source of information documentation

The paper traces the history of the different documentation media used for information dissemination. Such early media are clay tablets, papyrus, and vellum or parchment codex. The invention of printing however revolutionized the information industry, enabling the production of books in multiple copies. Photography came into documentation mainly to preserve rare materials and those that easily deteriorate. This paper reports the efforts of National Institute for Freshwater Fisheries Research (NIFFR) and Kainji Lake Fisheries Promotion Project (KLFPPP), Nigeria, to develop an Object Oriented Database (OOD) using photographs. The photographs are stored in digitized form on commercial computers, using the program ACDSee 32 for classification, description and retrieval. Specifically the paper focuses on photographs in fisheries as visual communication and expression. Presently, the database contains photo documents about the following aspects of Kainji Lake fisheries: fishing gears and crafts, fish preservation methods

Identifying Novice Difficulties in Object Orientated Design

Thomasson, B. Ratcliffe, M. Thomas, L. Identifying Novice Difficulties in Object Orientated Design. ACM SIGCSE Bulletin Volume 38 , Issue 3 (September 2006)

Can Object (Instance) Diagrams Help First Year Students Understand Program Behaviour?

Thomas, L.A., Ratcliffe, M.B. and Thomasson, B. J., Can Object (Instance) Diagrams Help First Year Students Understand Program Behaviour? in Diagrammatic Representation and Inference, Diagrams 2004, editors A. Blackwell, K. Marriot and Atushi Shimojima, Springer Lecture Notes on Artificial Intelligence, 2980.

An automated machine vision system for the histological grading of cervical intraepithelial neoplasia (CIN)

The histological grading of cervical intraepithelial neoplasia (CIN) remains subjective, resulting in inter- and intra-observer variation and poor reproducibility in the grading of cervical lesions. This study has attempted to develop an objective grading system using automated machine vision. The architectural features of cervical squamous epithelium are quantitatively analysed using a combination of computerized digital image processing and Delaunay triangulation analysis; 230 images digitally captured from cases previously classified by a gynaecological pathologist included normal cervical squamous epithelium (n = 30), koilocytosis (n = 46), CIN 1 (n = 52), CIN 2 (n = 56), and CIN 3 (n=46). Intra- and inter-observer variation had kappa values of 0.502 and 0.415, respectively. A machine vision system was developed in KS400 macro programming language to segment and mark the centres of all nuclei within the epithelium. By object-oriented analysis of image components, the positional information of nuclei was used to construct a Delaunay triangulation mesh. Each mesh was analysed to compute triangle dimensions including the mean triangle area, the mean triangle edge length, and the number of triangles per unit area, giving an individual quantitative profile of measurements for each case. Discriminant analysis of the geometric data revealed the significant discriminatory variables from which a classification score was derived. The scoring system distinguished between normal and CIN 3 in 98.7% of cases and between koilocytosis and CIN 1 in 76.5% of cases, but only 62.3% of the CIN cases were classified into the correct group, with the CIN 2 group showing the highest rate of misclassification. Graphical plots of triangulation data demonstrated the continuum of morphological change from normal squamous epithelium to the highest grade of CIN, with overlapping of the groups originally defined by the pathologists. This study shows that automated location of nuclei in cervical biopsies using computerized image analysis is possible. Analysis of positional information enables quantitative evaluation of architectural features in CIN using Delaunay triangulation meshes, which is effective in the objective classification of CIN. This demonstrates the future potential of automated machine vision systems in diagnostic histopathology. Copyright (C) 2000 John Wiley and Sons, Ltd.

PLUMED 2: New feathers for an old bird

Enhancing sampling and analyzing simulations are central issues in molecular simulation. Recently, we introduced PLUMED, an open-source plug-in that provides some of the most popular molecular dynamics (MD) codes with implementations of a variety of different enhanced sampling algorithms and collective variables (CVs). The rapid changes in this field, in particular new directions in enhanced sampling and dimensionality reduction together with new hardware, require a code that is more flexible and more efficient. We therefore present PLUMED 2 here a,complete rewrite of the code in an object-oriented programming language (C++). This new version introduces greater flexibility and greater modularity, which both extends its core capabilities and makes it far easier to add new methods and CVs. It also has a simpler interface with the MD engines and provides a single software library containing both tools and core facilities. Ultimately, the new code better serves the ever-growing community of users and contributors in coping with the new challenges arising in the field.

Program summary

Program title: PLUMED 2

Catalogue identifier: AEEE_v2_0

Program summary URL: http://cpc.cs.qub.ac.uk/summaries/AEEE_v2_0.html

Program obtainable from: CPC Program Library, Queen's University, Belfast, N. Ireland

Licensing provisions: Yes

No. of lines in distributed program, including test data, etc.: 700646

No. of bytes in distributed program, including test data, etc.: 6618136

Distribution format: tar.gz

Programming language: ANSI-C++.

Computer: Any computer capable of running an executable produced by a C++ compiler.

Operating system: Linux operating system, Unix OSs.

Has the code been vectorized or parallelized?: Yes, parallelized using MPI.

RAM: Depends on the number of atoms, the method chosen and the collective variables used.

Classification: 3, 7.7, 23. Catalogue identifier of previous version: AEEE_v1_0.

Journal reference of previous version: Comput. Phys. Comm. 180 (2009) 1961.

External routines: GNU libmatheval, Lapack, Bias, MPI. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

A Categorical Framework for the Specification and the Verification of Aspect Oriented Systems

Un objectif principal du génie logiciel est de pouvoir produire des logiciels complexes, de grande taille et fiables en un temps raisonnable. La technologie orientée objet (OO) a fourni de bons concepts et des techniques de modélisation et de programmation qui ont permis de développer des applications complexes tant dans le monde académique que dans le monde industriel. Cette expérience a cependant permis de découvrir les faiblesses du paradigme objet (par exemples, la dispersion de code et le problème de traçabilité). La programmation orientée aspect (OA) apporte une solution simple aux limitations de la programmation OO, telle que le problème des préoccupations transversales. Ces préoccupations transversales se traduisent par la dispersion du même code dans plusieurs modules du système ou l’emmêlement de plusieurs morceaux de code dans un même module. Cette nouvelle méthode de programmer permet d’implémenter chaque problématique indépendamment des autres, puis de les assembler selon des règles bien définies. La programmation OA promet donc une meilleure productivité, une meilleure réutilisation du code et une meilleure adaptation du code aux changements. Très vite, cette nouvelle façon de faire s’est vue s’étendre sur tout le processus de développement de logiciel en ayant pour but de préserver la modularité et la traçabilité, qui sont deux propriétés importantes des logiciels de bonne qualité. Cependant, la technologie OA présente de nombreux défis. Le raisonnement, la spécification, et la vérification des programmes OA présentent des difficultés d’autant plus que ces programmes évoluent dans le temps. Par conséquent, le raisonnement modulaire de ces programmes est requis sinon ils nécessiteraient d’être réexaminés au complet chaque fois qu’un composant est changé ou ajouté. Il est cependant bien connu dans la littérature que le raisonnement modulaire sur les programmes OA est difficile vu que les aspects appliqués changent souvent le comportement de leurs composantes de base [47]. Ces mêmes difficultés sont présentes au niveau des phases de spécification et de vérification du processus de développement des logiciels. Au meilleur de nos connaissances, la spécification modulaire et la vérification modulaire sont faiblement couvertes et constituent un champ de recherche très intéressant. De même, les interactions entre aspects est un sérieux problème dans la communauté des aspects. Pour faire face à ces problèmes, nous avons choisi d’utiliser la théorie des catégories et les techniques des spécifications algébriques. Pour apporter une solution aux problèmes ci-dessus cités, nous avons utilisé les travaux de Wiels [110] et d’autres contributions telles que celles décrites dans le livre [25]. Nous supposons que le système en développement est déjà décomposé en aspects et classes. La première contribution de notre thèse est l’extension des techniques des spécifications algébriques à la notion d’aspect. Deuxièmement, nous avons défini une logique, LA , qui est utilisée dans le corps des spécifications pour décrire le comportement de ces composantes. La troisième contribution consiste en la définition de l’opérateur de tissage qui correspond à la relation d’interconnexion entre les modules d’aspect et les modules de classe. La quatrième contribution concerne le développement d’un mécanisme de prévention qui permet de prévenir les interactions indésirables dans les systèmes orientés aspect.

Evaluating Design Decay during Software Evolution

Les logiciels sont en constante évolution, nécessitant une maintenance et un développement continus. Ils subissent des changements tout au long de leur vie, que ce soit pendant l'ajout de nouvelles fonctionnalités ou la correction de bogues dans le code. Lorsque ces logiciels évoluent, leurs architectures ont tendance à se dégrader avec le temps et deviennent moins adaptables aux nouvelles spécifications des utilisateurs. Elles deviennent plus complexes et plus difficiles à maintenir. Dans certains cas, les développeurs préfèrent refaire la conception de ces architectures à partir du zéro plutôt que de prolonger la durée de leurs vies, ce qui engendre une augmentation importante des coûts de développement et de maintenance. Par conséquent, les développeurs doivent comprendre les facteurs qui conduisent à la dégradation des architectures, pour prendre des mesures proactives qui facilitent les futurs changements et ralentissent leur dégradation. La dégradation des architectures se produit lorsque des développeurs qui ne comprennent pas la conception originale du logiciel apportent des changements au logiciel. D'une part, faire des changements sans comprendre leurs impacts peut conduire à l'introduction de bogues et à la retraite prématurée du logiciel. D'autre part, les développeurs qui manquent de connaissances et–ou d'expérience dans la résolution d'un problème de conception peuvent introduire des défauts de conception. Ces défauts ont pour conséquence de rendre les logiciels plus difficiles à maintenir et évoluer. Par conséquent, les développeurs ont besoin de mécanismes pour comprendre l'impact d'un changement sur le reste du logiciel et d'outils pour détecter les défauts de conception afin de les corriger. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons trois principales contributions. La première contribution concerne l'évaluation de la dégradation des architectures logicielles. Cette évaluation consiste à utiliser une technique d’appariement de diagrammes, tels que les diagrammes de classes, pour identifier les changements structurels entre plusieurs versions d'une architecture logicielle. Cette étape nécessite l'identification des renommages de classes. Par conséquent, la première étape de notre approche consiste à identifier les renommages de classes durant l'évolution de l'architecture logicielle. Ensuite, la deuxième étape consiste à faire l'appariement de plusieurs versions d'une architecture pour identifier ses parties stables et celles qui sont en dégradation. Nous proposons des algorithmes de bit-vecteur et de clustering pour analyser la correspondance entre plusieurs versions d'une architecture. La troisième étape consiste à mesurer la dégradation de l'architecture durant l'évolution du logiciel. Nous proposons un ensemble de m´etriques sur les parties stables du logiciel, pour évaluer cette dégradation. La deuxième contribution est liée à l'analyse de l'impact des changements dans un logiciel. Dans ce contexte, nous présentons une nouvelle métaphore inspirée de la séismologie pour identifier l'impact des changements. Notre approche considère un changement à une classe comme un tremblement de terre qui se propage dans le logiciel à travers une longue chaîne de classes intermédiaires. Notre approche combine l'analyse de dépendances structurelles des classes et l'analyse de leur historique (les relations de co-changement) afin de mesurer l'ampleur de la propagation du changement dans le logiciel, i.e., comment un changement se propage à partir de la classe modifiée è d'autres classes du logiciel. La troisième contribution concerne la détection des défauts de conception. Nous proposons une métaphore inspirée du système immunitaire naturel. Comme toute créature vivante, la conception de systèmes est exposée aux maladies, qui sont des défauts de conception. Les approches de détection sont des mécanismes de défense pour les conception des systèmes. Un système immunitaire naturel peut détecter des pathogènes similaires avec une bonne précision. Cette bonne précision a inspiré une famille d'algorithmes de classification, appelés systèmes immunitaires artificiels (AIS), que nous utilisions pour détecter les défauts de conception. Les différentes contributions ont été évaluées sur des logiciels libres orientés objets et les résultats obtenus nous permettent de formuler les conclusions suivantes: • Les métriques Tunnel Triplets Metric (TTM) et Common Triplets Metric (CTM), fournissent aux développeurs de bons indices sur la dégradation de l'architecture. La d´ecroissance de TTM indique que la conception originale de l'architecture s’est dégradée. La stabilité de TTM indique la stabilité de la conception originale, ce qui signifie que le système est adapté aux nouvelles spécifications des utilisateurs. • La séismologie est une métaphore intéressante pour l'analyse de l'impact des changements. En effet, les changements se propagent dans les systèmes comme les tremblements de terre. L'impact d'un changement est plus important autour de la classe qui change et diminue progressivement avec la distance à cette classe. Notre approche aide les développeurs à identifier l'impact d'un changement. • Le système immunitaire est une métaphore intéressante pour la détection des défauts de conception. Les résultats des expériences ont montré que la précision et le rappel de notre approche sont comparables ou supérieurs à ceux des approches existantes.

Intégration de services de raisonnement automatique basés sur les logiques de description dans les applications d’entreprise

Ce mémoire présente un patron d’architecture permettant, dans un contexte orientéobjet, l’exploitation d’objets appartenant simultanément à plusieurs hiérarchies fonctionnelles. Ce patron utilise un reasoner basé sur les logiques de description (web sémantique) pour procéder à la classification des objets dans les hiérarchies. La création des objets est simplifiée par l’utilisation d’un ORM (Object Relational Mapper). Ce patron permet l’utilisation effective du raisonnement automatique dans un contexte d’applications d’entreprise. Les concepts requis pour la compréhension du patron et des outils sont présentés. Les conditions d’utilisation du patron sont discutées ainsi que certaines pistes de recherche pour les élargir. Un prototype appliquant le patron dans un cas simple est présenté. Une méthodologie accompagne le patron. Finalement, d’autres utilisations potentielles des logiques de description dans le même contexte sont discutées.

An exploratory study of the effect of aspect-oriented programming on maintainability

In this paper we describe an exploratory assessment of the effect of aspect-oriented programming on software maintainability. An experiment was conducted in which 11 software professionals were asked to carry out maintenance tasks on one of two programs. The first program was written in Java and the second in AspectJ. Both programs implement a shopping system according to the same set of requirements. A number of statistical hypotheses were tested. The results did seem to suggest a slight advantage for the subjects using the object-oriented system since in general it took the subjects less time to answer the questions on this system. Also, both systems appeared to be equally difficult to modify. However, the results did not show a statistically significant influence of aspect-oriented programming at the 5% level. We are aware that the results of this single small study cannot be generalized. We conclude that more empirical research is necessary in this area to identify the benefits of aspect-oriented programming and we hope that this paper will encourage such research.